[发明专利]一种双目立体视觉精细地形测量系统及方法

权利要求书

1.一种双目立体视觉精细地形测量系统，包括：

电器柜，用于保护电器柜内部的各个部件；

所述电器柜内设置有电源，硬件装置和通讯部分，软件数据处理模块，坐标系转换处理程序；

所述硬件装置和通讯部分，用于图像、经纬度采集以及数据传输；所述硬件装置和通讯部分包括GigE工业相机、嵌入式计算机视觉系统EVS、5G传输终端、供电系统、步进电机、驱动器、编码器、和八个红外传感器；其中，所述步进电机用于为所述测量系统的移动提供动力输出，控制驱动器与编码器通过串口通信技术与LabVIEW开发平台提供的NI-VISA程序接口相结合，实现所述测量系统的远程数字闭环控制；其中，所述编码器与所述步进电机同轴连接，用于移动测量系统的数字闭环控制；其中所述八个红外传感器对角线安装在所述电器柜的一侧，不同红外传感器的触发导致电器柜停留在不同的坡位处；

所述软件数据处理模块，用于基于LabVIEW平台的机器视觉技术将拍摄的图像转换成三维点云数据，但还不具有地形特征；所述软件数据处理模块包括双目视觉相机，用于通过GigE Vision数字接口与NI-MAX配置管理软件建立连接，为LabVIEW开发凭条的NI-IMAQ图像采集与处理系统提供软件与硬件设备之间的通信支持，完成High-Speed高分辨的图像采集与处理；

所述坐标系转换处理程序，用于将深度图像像素坐标系转换为世界坐标系，设置重力感应装置确定竖直方向，利用GPS定位器实现深度图像的获取及拍摄点经纬度的确定，GPS定位器与软件程序共同实现图像像素坐标系向世界坐标系的转换，建立坐标转换关系，实现坐标转换；其中，所述坐标系转换处理程序包括嵌入式计算机视觉系统，所述嵌入式计算机视觉系统通过接口与双目视觉相机连接，通过串口通信与步进电机控制器及数字输入模块连接；

集成所有模块功能，测量地物尺寸，实时获取具有经纬信息的高精度地形测量数据；其中，使用双目视觉相机进行地形估测的方法包括

步骤1，系统标定，

双目视觉相机的标定程序需要一个印有70个黑色实心圆的白色标定板，圆心之间的距离均为4 cm，直径为2 cm；标定前确定双目视觉相机被水平固定，且在标定后不会被移动或改变相机间的相对位置；标定结果显示最大相对误差为0.72%，最小相对误差为0.10%；

标定程序需要一块在白色背景上印有70个黑色实心圆点的标定设备，每个黑色实心圆点的直径为2 cm，并且每两个实心圆点的圆心间的距离是4 cm；相机的视野被平均分为了9个单元来确定两个相机间的距离以及畸变系数；标定板需要完全出现在两个相机获取的第一张标定图像中，然后标定板需要以不同的位置与不同的角度覆盖所有相机视野中的单元；最后当所有标定图像覆盖了两个相机全部视野后，切向与径向的畸变将通过公式 (1)和公式 (2) 修正，公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中是校正图像的坐标系数；是原始图像的坐标系数；,是不同方向上的焦距；M是径向畸变的修正系数；T₁,T₂是切向畸变的修正系数；

步骤2，图像获取，包括在LabVIEW 平台上结合VDM视觉开发模块进行机器视觉应用程序的开发，并将所开发的应用程序部署到Windows或Linux实时操作系统上，以搭建图像获取系统；系统获取的图像，按照获取时间自动分类并存储到相应的文件夹与MySQL数据库中，数据库通过数据库连接工具包与LabVIEW平台结合，从而实现了在平台上可执行数据库的操作；

步骤3，图像分析，LabVIEW操作平台中的机器视觉模块对获取的图像进行处理与分析；为了获得更好的沟道轮廓与更精确的沟道图像数据，通过块匹配算法对图像采集系统中左右两个数字工业相机采集的左图像与右图像进行匹配与计算，生成左右视差图像；根据视差图像计算得到的深度图像；采用VDM视觉开发模块中的图像减法、二值图像腐蚀、粒子去除和填充函数将沟道轮廓从深度图像中提取出来，然后对所提取出来的沟道轮廓进行粒子分析并计算出轮廓的沟道图像粒子总和的值，并将该值显示在经过处理与分析后的重构图像上，提取图像中的特征点数据并进行分类，建立图像特征点数据集与测量目标尺寸的估测模型，由此可以计算被测物的尺寸和确定图像中任意点的三维坐标；

步骤4，坐标转换，基于LabVIEW平台的机器视觉技术开发坐标转换的软件系统，确定监测目标的三维坐标，并实现被测物各点在地坐标的确定；坐标转换可根据拍摄时所获取的经纬度信息、拍摄系统所处高度及图像中被测地物尺寸、三维坐标共同确定。

2.根据权利要求1所述的双目立体视觉精细地形测量系统，其特征在于，

所述双目视觉相机是由两个千兆相机组成，用于获取坡面地表形态图像。