[发明专利]一种单摄像头立体视觉方法

说明书

本发明属于3D传感器测量技术领域，提供了一种单摄像头立体视觉方法，其包括三个操作步骤：第一步图像获取，利用所述快照式多光谱摄像装置，进行一次曝光零时差采集N幅(N≥2)光谱图像；第二步聚焦清晰度计算：所述图像处理分析装置计算所述N≥2幅光谱图像在每一个像素(X,Y空间位置)聚焦清晰度；第三步深度探测：根据所述聚焦清晰度度，获取每一个像素所对应位置的纵向(即深度)Z信息，完成XYZ立体视觉。该方法克服双目立体视觉运算量大及激光3D视觉系统价格昂贵等缺点，在先进制造、智能机器人移动、无人驾驶汽车导航与避障等具有广泛应用价值。

技术领域

本发明涉及机器视觉，具体涉及一种单摄像头立体视觉方法。

背景技术

自然世界是三维的，有平面(X,Y)位置信息，还包含有Z深度信息。人识别深度信息的方法主要有三种：通过左右眼视差信息，通过眼睛相对于物体运动的运动信息，通过物体表面颜色信息。也有通过物体表面纹理信息探测深度的。

在过去二三十年间，学术界所研究的3D视觉方法主要包括通过分析左右眼视差信息来获取深度信息。尽管文献中对3D视觉进行了长期讨论，但当今大多数机器视觉系统往往依赖于对两个摄像头所获取的两个二维图像进行分析(CN201610987447双目立体视觉系统及深度测量方法、CN201410490534根据立体视图原理的3D相机和用于获取深度图的方法、CN201410490534-根据立体视图原理的3D相机和用于获取深度图的方法)。然而这类双目立体机器视觉方法信息处理量大，难以快速给出深度检测结果。另外双摄像头刻度难度较高，同步控制较难，因此目前还难以在实践中广泛应用。

目前还仍然依赖价格昂贵的激光扫描视觉系统来获取周围环境3D图像信息。激光3D视觉系统采用多路激光束，测量激光束从发出到被障碍物反射回来信息的时间差来计算周边障碍物信息，其缺点是除了价格昂贵外，还有空间分辨率不高，主要以点云形式来表现周边环境及障碍物情况，不能实现逼真的图像信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服已有机器视觉方法尤其是双摄像头立体视觉方法计算量大实时性较差的缺点、已有3D激光视觉系统价格昂贵检测结果为稀疏云团而不能有逼真2D图像信息的缺点，提出一种单摄像头立体视觉方法。

本发明采用如下技术方案：

一种单摄像头立体视觉方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)图像获取：采用快照式多光谱摄像装置进行一次曝光零时差，采集N幅光谱图像；

2)聚焦清晰度计算：计算N幅光谱图像在每一个像素的聚焦清晰度；

3)深度探测：根据聚焦清晰度，获取每一个像素所对应纵向位置的深度信息，完成立体视觉。

在步骤3)之前，还包括深度刻度步骤：

2.1)将已知表面形貌的刻度模板放置于已知某一纵向位置，采用快照式多光谱摄像装置进行一次曝光零时差，采集N幅光谱图像；

2.2)计算N幅光谱图像在每一个像素的聚焦清晰度,建立该刻度模板在已知某一纵向位置时，该刻度模板表面不同位置点与N幅光谱图像对应点的聚焦清晰度之间的关系；

2.3)重复步骤2.1)及2.2)，建立刻度模板在P个不同纵向位置时，刻度模板表面不同位置点与N幅光谱图像对应点的聚焦清晰度之间的关系；

2.4)建立刻度模板的纵向深度与步骤2.3)得到的关系之间的关系曲线，得到深度刻度曲线。

所述步骤3)中，采用插值法，将步骤2)的聚焦清晰度代入步骤2.4)的深度刻度曲线，得到所述深度信息。

在步骤1)中，还包括图像预处理方法，包括不同光谱通道的图像灰度归一化处理。