[发明专利]一种异构立体视觉系统的测距方法

说明书

本发明是一种异构立体视觉系统的测距方法。全景相机可以监控到360度视野范围内的物体，但由于分辨率的限制，不能对特定的物体进行近距离的观察。普通相机却能够做到这一点。普通相机有着优越的移动性能和变焦能力，可以弥补全景相机的缺点。二者的结合，不但能够对监控区域进行全方位的观察，还能够看到特定目标的具体细节部分。虽然这种特殊的结构能够带来如此大的优势，但由于成像模型不同也为后续立体图像的处理提出了挑战。本发明通过对全景图像进行透视展开和超分辨率重建使其与普通图像成像一致。同时，对统一后的图像对进行立体校准。最后根据三角定位原理，我们能够从校正后的图像对中解算出目标和系统的距离。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，是一种异构立体视觉系统的测距方法。

背景技术

立体视觉系统已广泛应用于监视，搜索，探索，自主导航，测绘和障碍物检测等任务，以恢复3D信息现实世界的场景。使用立体视觉系统中的全景相机可以获得额外的优势。这些相机允许水平视野增加到360度。虽然已经研究了不同类型反射折射镜的成像模型和相机校准方法，但这些相机的分辨率非常有限并且无法密切观察特定目标。为了提高全景相机的适用性，研究人员将全景相机和普通透视相机结合组成了混合立体视觉系统。这两个摄像头的组合有助于持续监控整个监控区域，同时对特定目标进行详细观察。该混合立体视觉系统将360度视野相机的优势与传统相机的高分辨率成像相结合，但同时也为该混合视觉系统图像对的处理提出了难题。传统图像的针孔成像模型无法处理全景图像，这意味着没有全景图像和透视相机没有统一的成像模型。因此，传统立体视觉系统的几何结构不能应用于混合立体视觉系统。为了解决这一问题，本发明提出了一种针对混合视觉系统的测距技术，其中最关键的就是将全景图像透视展开并进行超分辨率重建，这一步骤的目的是让两个图像对分辨率归一化以方便的后续处理。为了满足混合视觉系统的实际应用，本发明还提出了立体图像对的自动校准方法，能够实现在线实时校准。最后通过SGM立体匹配算法，得到视差图，并且通过视差图实现测距的目的。

发明内容

本发明为实现时差图测距的目的，本发明提供了一种异构立体视觉系统的测距方法，本发明提供了以下技术方案：

一种异构立体视觉系统的测距方法，所述方法基于混合视觉系统，所述系统包括上方普通透视相机和下方的全景相机，所述普通透视相机由云台承载，所述普通透视相机绕中心轴随目标位置变化旋转，包括以下步骤：

步骤1：对全景图像进行透视展开，确定三维空间中透视展开图像的坐标点；

步骤2：基于普通图像的高分辨率细节对展开后的全景图像采用超分辨率重建，得到超分辨率重建后的全景图像；

步骤3：对分辨率重建后的图像进行立体校正，得到校正后的图像；

步骤4：对校正后的图像进行SGM立体匹配，确定全局能量函数，得到最优视差图；

步骤5：根据三角测距原理，计算出最优视差图中的目标与混合视觉系统的距离。

优选地，所述步骤1具体为:

步骤1.1：以球面统一模型的有效视点为观察视点，将球面模型中的观察角区域投影到透视图像平面，透视展开后的全景图像符合人眼观察的习惯；

步骤1.2：设定M(i,j)为透视展开后图像上一个点的坐标，i为图像点M的横坐标，j为图像点M的纵坐标，确定三维空间中透视展开图像上一个点的坐标，通过下式表示三维空间中透视展开图像上一个点的坐标：

M'＝M₃M₂M₁X_s (1)

其中，M'为三维空间中透视展开图像上一个点的坐标，X_s为图像点在球统一模型上的坐标，M₁、M₂和M₃均为三维空间中透视展开图像上点的三维矩阵；