[发明专利]基于双目全方位视觉传感器的立体视觉测量装置

摘要

一种基于双目全方位视觉传感器的立体视觉测量装置，组成双目立体全方位视觉传感装置的每个ODVS采用了平均角分辨率设计，采集图像的两个摄像机的参数完全一致，具有极好的对称性，能实现快速的点与点的匹配；从以人为视觉空间的中心的角度出发，在空间物体的数据采集、加工、描述、表达过程中始终采用一种统一的球面坐标，采用距离感、方向感和色感这些要素来表示各特征点的特性，从而达到简化计算的复杂性、省略摄像机标定工作、方便进行特征提取、容易实现立体图像匹配，最终实现高效、实时、准确的立体视觉测量目的。可广泛的应用于各种工业检测、物体识别、机器人自导引、航天、航空及军事等很多领域。

主权项

1、一种基于双目全方位视觉传感器的立体视觉测量装置，其特征在于：所述立体视觉测量装置包括两台具有相同角平均分辨率的全方位视觉传感器、连接单元和用于对两台全方位视觉传感器的图像进行三维立体视觉重建的微处理器，所述全方位视觉传感器包括一次折反射镜面、二次折反射镜面、透明外罩和摄像部件，所述的透明外罩，用于保护以及支撑一次折反射镜面和二次折反射镜面，透明外罩的外形设计要满足曲线可微分条件以减少干扰光对折反射成像的影响，所述摄像部件位于一次折反射镜面后面的视点上，所述二次折反射镜面位于一次折反射镜面的前面，所述一次折反射镜面和二次折反射镜面上均开有一个小孔，所述二次折反射镜面内嵌入广角镜头，所述摄像部件镜头、广角镜头、一次折反射镜和二次折反射镜的中心轴配置在同一轴心线上，所述两台全方位视觉传感器的后侧通过连接单元连接；所述一次折反射镜面和二次折反射镜面的曲线是按照平均角分辨率方式进行设计，具体有：一次入射光线V1与折反射主轴Z的夹角为Φ，一次反射光线V2与折反射主轴Z的夹角为θ₂，过P₁点(t₁，F₁)的切线与t轴的夹角为σ，法线与Z轴的夹角为ε；二次反射光线V3与折反射主轴Z的夹角为θ₁，过P₂点(t₂，F₂)的切线与t轴的夹角为σ，法线与Z轴的夹角为ε₁，基于上述关系可以得到公式(1)：其中，tanφ=t1F1(t1-s),]]>tanθ2=t1-t2F2-F1,]]>tanθ1=t2F2]]>式中，F₁是一次折反射镜面曲线，F₂是二次折反射镜面曲线；利用三角关系并进行简化整理，得到公式(2)、(3)：F₁′²-2αF₁′-1＝0                        (2)F₂′²-2βF₂′-1＝0                        (3)上式中，σ=(F1-s)(F2-F1)-t1(t1-t2)t1(F2-F1)-(t1-t2)(F1-s)]]>β=t2(t1-t2)+F2(F2-F1)t2(F2-F1)-F2(t1-t2)]]>解公式(2)、(3)可以得到公式(4)、(5)；F1′=α±α2+1---(4)]]>F2′=β±β2+1---(5)]]>式中：F₁′为F₁曲线的微分，F₂′为F₂曲线的微分；建立一种像素点P到Z轴距离与入射角φ之间的线性关系，用公式(6)来表示，φ＝a₀*P+b₀                    (6)式中：a₀、b₀是任意参数，将摄像单元的焦距作为f，P为像素到Z轴的距离，在二次反射镜面上的反射点(t₂，F₂)；则根据成像原理，P由公式(7)表示：P=f*t2F2---(7)]]>将式(7)代入式(6)，可得公式(8)，φ=a0*(f*t2F2)+b0---(8)]]>根据折反射原理公式(8)用公式(9)表示：tan-1(t1F1-s)=a0*(f*t2F2)+b0---(9)]]>利用公式(2)、(3)、(9)，利用4阶Runge-Kutta算法求和F₂的F₁数字解，计算得到一次折反射镜面和二次折反射镜面的曲线；所述的微处理器包括：视频图像读取单元，用于读取两个具有相同平均角分辨率的无死角的全方位视觉传感器的视频图像，并保存在指定的存储设备中，其输出与视频图像展开单元连接；视频图像展开单元，用于对具有平均角分辨率的无死角的全方位视觉传感器的原始视频图像进行图像预处理，图像预处理中首先将组合摄像单元所拍摄的图像单独分离出来，然后对全方位图像进行展开，展开后的结果保存在指定的存储单元中，其输出与物点匹配单元连接；物点匹配单元，用于找出同一时刻两个不同视点的图像中同一物点对应的两个像点，其输出与空间信息计算单元连接；空间信息计算单元，用于计算空间上的物点到立体视觉测量装置中心点的距离、方位角以及入射角，其输出与色感信息计算单元连接；色感信息计算单元，用于计算空间上物点的色感信息，采用在两个ODVS上成像的目标匹配点的各颜色分量的平均值(R，G，B)作为“中央眼”视觉的颜色编码，其输出与三维图像重构单元连接；三维图像重构单元，用于重构出以人为视觉空间的中心的三维立体图像，采用基于等距离球表面各断层上提取的二维轮廓线构造断层间的实体表面段，由所有这些等距离各断层间的实体表面段组成对象的轮廓面，进而重建出三维图像。