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专利号: 2015103514001
申请人: 广东省智能制造研究所
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双目视觉的物理坐标定位方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、对左右两个摄像机进行标定,建立摄像机模型的坐标系,求得摄像机模型中图像坐标系与世界坐标系的转换关系;

S2、提取特征点和获得特征点在左右图像中的像素坐标;

S3、算出特征点在世界坐标系中的空间坐标;

所述S2具体包括:

S21、图像边缘提取;

S22、求出特征点在左右图像中的像素坐标;

所述步骤S22具体包括:

S221、对图像的每个像素点灰度值进行“八邻域”的相似度参数计算,即对于像素点I(i,j)的灰度值,分别计算I(i-1,j-1)、I(i-1,j)、I(i-1,j+1)、I(i,j-1)、I(i,j+1)、I(i+1,j-1)、I(i+1,j)、I(i+1,j+1)的灰度值与I(i,j)灰度值的差值,如果差值在±20之间则为相似点,用1表示,否则不为相似点,用0表示,所有的相似点组成相似矩阵S;

S222、特征点提取;对每一个像素点计算相关矩阵M,计算公式如下:G=exp[-1/2(d2+e2)/δ2]

其中, I表示像素点的像素灰度值强度,

X、Y为像素灰度值在像素坐标x、y方向上的一阶偏导数,G为高斯平滑函数,d、e为高斯滤波器尺寸,u、v指的是图像坐标系的x、y值;

S223、计算相似矩阵中每个相似点的角点响应,计算公式如下:

2 2 2

R=(AB-S) -L(A+B)

其中,L为常数,R为角点响应的最大值;

S224、对于相似矩阵中的每个相似点,在w*w范围内寻找极大值点,w为移动检测窗口尺寸,若角点响应大于某一阈值θ且该点的角点响应比以该点为中心的“八邻域”点都大,则视为角点,该点的坐标值为相似矩阵中相似点的坐标,该坐标即像素坐标,对左右图像进行上述步骤操作,算出空间点在左右摄像机模型的坐标系中的像素坐标;

所述S3包括:

S301、对左右摄像机模型的坐标系中的像素坐标进行特征匹配,计算特征点视差,其计算公式为:SAD(u,v,disp)=∑|PL(i+h,j+k)-PR(i+h+disp,j+k)|其中,(i,j)为像素点坐标,h、k为x、y坐标轴上的移动检测窗口尺寸,disp为视差值,PL(i+h,j+k)、PR(i+h+disp,j+k)为左右图像像素点的坐标;

S302、根据三角测距法计算目标点Z轴坐标:

PL、PR为左右图像像素点的横坐标,T为两摄像机光心连线距离,f为焦距,ZP为目标点跟摄像机连线的距离值,即目标点在世界坐标系中的Z坐标值;

S303、将目标点的Z轴坐标ZP,代入S1步骤中的转换模型,计算出目标点的左、右摄像机模型坐标系下的坐标,进而计算出目标点在世界坐标系中的坐标。

2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的物理坐标定位方法,其特征在于,所述S1具体包括:S101、建立模型,设置摄像机的标定模型,建立摄像机模型坐标系;

S102、求出世界坐标系与摄像机模型坐标系的转换模型:其中,R为3×3摄像机模型坐标系的旋转矩阵,Q为3×1摄像机模型坐标系平移向量,(xc,yc,zc)为摄像机模型坐标系中的坐标,(xw,yw,zw)为世界坐标系中的坐标;

S103、通过摄像机模型将世界坐标系中的目标点投影到一个二维图像中,建立二维图像的像素坐标系;

S104、求出摄像机模型坐标系与像素坐标系的转换关系;

其中,(xc,yc,zc)为摄像机模型坐标系中的坐标,(u,v)是成像平面的像素坐标,(u0、v0)成像平面的中心点坐标,f是摄像机焦距,sx=1/dx是成像平面横轴上的尺度因子,sy=1/dy成像平面纵轴上的尺度因子。

3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的物理坐标定位方法,其特征在于,所述步骤S21具体包括:S211、通过高斯滤波器实现图像的平滑;

S212、计算平滑后的图像的像素梯度幅值N(u,v)和方向θ(u,v);

S213、对梯度幅值进行非极大值抑制,将目标像素点的梯度幅值N(i,j)分别与该梯度幅值方向上两端的相邻像素点的梯度幅值N1(i,j)、N2(i,j)进行对比,若N(i,j)>N2(i,j)且N(i,j)>N1(i,j),则N(i,j)保持不变,否则N(i,j)=0;

S214、采用双阈值检测并连接边缘点,对经过非极大值抑制处理的梯度图像用双阈值算法检测和连接边缘。

4.根据权利要求3所述的基于双目视觉的物理坐标定位方法,其特征在于,所述步骤S214中双阈值检测具体方法为,对非极大值抑制图像作用两个阈值th1和th2,两者关系th1=0.4th2,把梯度幅值小于th1的像素的灰度值设为0,得到图像1,把梯度幅值小于th2的像素的灰度值设为0,得到图像2,以图像2为基础,以图像1为补充来连接图像的边缘。

5.根据权利要求4所述的基于双目视觉的物理坐标定位方法,其特征在于,所述步骤S214中连接边缘具体步骤为:(a)、对图像2进行扫描,当遇到一个非零灰度的像素I(u,v)时,跟踪以I(u,v)为开始点的轮廓线,直到轮廓线的终点I’(u,v);

(b)、检查图像1中与图像2中I’(u,v)点位置对应的点s(u,v)的八邻域,如果在s(u,v)点的八邻域中有非零像素存在,则将其包括到图像2中,作为r(u,v)点,从r(u,v)开始,重复步骤(a),直到在图像1和图像2中都无法继续为止;

(c)、当完成对包含I(u,v)的轮廓线的连接之后,将这条轮廓线标记为已经访问,回到步骤(a),寻找下一条轮廓线,重复步骤(a)、步骤(b)、步骤(c),直到图像2中找不到新轮廓线为止。