[发明专利]一种基于折反射的单目立体视觉系统三维信息测量方法

说明书

本发明涉及一种基于折反射的单目立体视觉系统三维信息测量方法，根据待测物体大小建立折反射的单目立体视觉系统，折反射的单目立体视觉系统包括奇数个反射镜和一个摄像机，其中反射镜的位置和参数已知，通过反射镜反射光线和分割摄像机视野，摄像机同时拍摄物体和物体在镜子中的虚像，在一幅图像上获取物体的若干个映像，且这些映像来源于不同的视点，通过这些映像、摄像机的位置信息和反射镜的位置信息获取包含物体的场景信息。本发明通过单台摄像机即可获得三维场景信息，只需要标定一组摄像机参数，减少了工作量，属于机器视觉测量领域。

技术领域

本发明涉及机器视觉测量领域，尤其涉及一种基于折反射立体视觉系统的三维信息测量方法。

背景技术

基于机器视觉的三维信息测量技术是人工智能以及模式识别的领域的研究热点，研究成果已经在品质检测等许多领域得到广泛应用，其研究价值日益凸显。模仿人类的视觉系统，使用两台相机(两幅图像)的双目立体视觉是一种常用的三维信息测量方法。在已知相机内部参数和外部参数(可以通过系统标定获得)的条件下，通过估计物体的特征点在两幅图像上的投影视差，利用三角测量原理可以计算出物体点的三维空间距离。该方法系统构造简单、理论清晰，是该类研究的经典配置。但是多相机配置增加了系统造价，同时增加了系统标定的难度和工作量。

使用一台相机的单目立体视觉系统可以有效避免多相机系统的诸多缺点。使用一台相机的结构光主动视觉方法，可以高精度地计算距离信息，但是系统价格昂贵，且无法实现实时系统。多重曝光方法原理类似于共焦点显微镜，利用不同景深的物体合焦距不同的特点，微小间隔可以改变相机焦点距离并同时连续拍摄图像，检测对应不同焦点距离的图像合焦部分，可以求得场景的三维信息。此方法有效测量范围窄，需要精密控制焦距变化，系统非常复杂，不易操作。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种通过单台相机直接获取三维信息的基于折反射的单目立体视觉系统三维信息测量方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于折反射的单目立体视觉系统三维信息测量方法，根据待测物体大小建立折反射的单目立体视觉系统，折反射的单目立体视觉系统包括奇数个反射镜和一个摄像机，其中反射镜的位置和参数已知，通过反射镜反射光线和分割摄像机视野，摄像机同时拍摄物体和物体在镜子中的虚像，在一幅图像上获取物体的若干个映像，且这些映像来源于不同的视点，通过这些映像、摄像机的位置信息和反射镜的位置信息获取包含物体的场景信息。

作为一种优选，一种基于折反射的单目立体视觉系统三维信息测量方法，包括如下步骤：(1)确定采集场景信息所需的反射镜数量；(2)计算反射镜与摄像机的摆放位置和角度；(3)使用摄像机采集场景信息；(4)对采集到的信息进行处理；(5)得到所需场景信息。

作为一种优选，步骤(1)中，反射镜的数量为三个，折反射的单目立体视觉系统确保视场在两个虚拟相机之间均等共享，每个虚拟相机的视场是真实摄像机的视场的一半。

作为一种优选，步骤(2)中，通过约束条件计算反射镜的摆放位置，通过自动化工具对摆放位置进行校正，使得折反射的单目立体视觉系统尺寸最小化。

作为一种优选，约束条件为必须使用奇数个反射镜构成折反射的单目立体视觉系统；当采用三镜系统时，首先要保证反射镜的放置使得虚拟相机之间没有旋转，即满足

其次是保证虚拟相机之间的平移方向是沿着X轴的，

其中n₁、n₂、n₃分别为三面反射镜的法向量；

-n_3yd₃+(2(n₃·n₂)n_3y-n_2y)d₂+n_1yd₁＝0