一种主动测距方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种主动测距方法及系统，所述主动测距方法包括如下步骤：S1、使用近红外光源在被测物体上投射出矩形光斑；S2、使用成像参数相同的双目摄像头，同步获得被测物体表面的两幅成像图像；S3、定位出所述矩形光斑在所述两幅成像图像中的位置；S4、根据如下公式确定被测物体的距离。本发明的主动测距方法及系统，利用微投影仪投出的近红外光光斑作为标定，不会因为目标特征较少而导致图像失配，抗干扰性强，确保了测距的准确性，近红外光光斑得到的图像对比度很高，系统只需对获取图像进行简单的扫描处理即可获得标定光斑成像位置，而不用对图像进行特征提取和匹配，计算量小，因此测距效率高，实时性非常好。
【专利说明】一种主动测距方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于机器视觉领域，更具体地说，涉及一种基于双目摄像头和微型投影仪 的主动测距方法及系统。
【背景技术】
[0002] 双目视觉测距是一种高效、非接触性的先进检测技术，在机器人引导、交通、军事、 医学诊断及工业检测等领域的应用日趋广泛。而目前使用的双目视觉测距多属于被动测 距方法，亦即由两个摄像头同步获得两幅图像，再根据立体视觉原理，利用图像匹配算法， 定位出公共视野范围内同一物体在不同位置的成像，从而计算出两幅图像的相关度及重合 率，然后利用三维位置信息推算出被测物体的距离。
[0003] 201310202663. 7号中国专利公开了一种应用双目视觉视差测距原理的距离测量 方法，通过采用不同的基线长度来适应不同距离测量范围的测量精度要求，适用于近距离 小部件的精确尺寸测量，该发明基于传统的双目测量方法，针对一对光轴平行并排位置摆 放的摄像头，对两幅图像中任意两个待测可视化点分别作一个与两光轴垂直的平面，通过 双目视觉视差与深度的反比例关系来获得两待测点的深度值，根据待测点深度值和摄像头 的焦距信息求出两待测点到光心的距离以及两待测点到光心连线之间的夹角，然后由余弦 定理便可求出两点之间的实际距离。该方法具有操作简单、实用性强、精度高的优势，易于 普及利用。
[0004] 200810000644. 5号中国专利公开了一种新型双目测距法，该测距法的硬件主要包 括两个焦距不同的摄像头、图像采集卡、摄像头控制电机和主控计算机。根据三角形的相似 原理，以及焦距、物距和象距的关系公式推导出被测物体的距离和尺寸计算公式。利用两个 焦距不同的摄像头对被测物体进行成像，得到两个尺度不同的图像，主控计算机通过相应 算法算出被测物体在两个图像中的不同尺寸，将这两个不同的尺寸代入计算公式，就可以 得到被测物体的距离和尺寸信息。该方法使机器人同时拥有望远镜和广角镜效果，提高其 感知世界的深度和广度，根据该方法的原理公式，不用测出象距就可以计算出物体的距离 信息，从而节省了位移传感器的使用，降低了成本。
[0005] 上述双目测距技术都要求具有较大的数据处理能力以完成的相关的较大运算量， 进行实时性的、连续性的测距效果较差，此类被动的双目测距方法依赖于被测物体的特征 丰富程度(如几何形状、纹理特征等)，如果被测物体的特征较少甚至没有，那么将无法完成 图像特征的提取、物体的定位，从而导致图像失配，最终导致无法完成测距。
[0006] 同时，主动视觉测距技术也有相关报道，201210134246. 9号中国专利公开了一种 可移动平台的主动视觉测距系统，包括设置在所述的移动平台上的摄像机，所述的摄像机 内设置镜头和图像传感器，还包括设置在所述的移动平台上的激光投射器，还包括进行集 中控制的电子控制装置，所述的电子控制装置与所述的摄像机和激光投射器连接，所述的 激光投射器发射线性结构光可经过前方障碍物反射以后，经过所述的镜头投影在所述的图 像传感器上。所述的激光投射器在所述的电子控制装置的控制下可上下转动。所述的镜头 的光轴设置与所述的激光投射器的中心轴线位于同一平面，所述的激光投射器发射的线性 结构光设置在水平方向。所述的电子控制装置设置内部设置主动视觉测距算法，
[0007] 通过所述的主动视觉测距算法可测量前方障碍物和台阶的距离。此类测距技术仍 然具有运算量大，实时性和连续性差等问题，并且，基于摄像机内置镜头来感知激光投射器 投射的激光点的方式，其灵敏度也会受到影响。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题在于，针对现有双目测距技术运算量大，实时性、连续 性、主动性差等问题，针对现有主动测距技术运算量大，实时性、连续性、灵敏度差等问题， 提供了一种主动测距方法及系统。
[0009] 本发明解决上述问题的技术方案为：提供了一种主动测距方法，所述方法包括如 下步骤：
[0010] S1、使用近红外光源在被测物体上投射出矩形光斑；
[0011] S2、使用成像参数相同的双目摄像头，同步获得被测物体表面的两幅成像图像；
[0012] S3、定位出所述矩形光斑在所述两幅成像图像中的位置；
[0013] S4、根据如下公式确定被测物体的距离h，
[0014]
【权利要求】
1. 一种主动测距方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 51、 使用近红外光源在被测物体上投射出矩形光斑； 52、 使用成像参数相同的双目摄像头，同步获得被测物体表面的两幅成像图像； 53、 定位出所述矩形光斑在所述两幅成像图像中的位置； 54、 根据如下公式确定被测物体的距离h，
其中，c为所述双目摄像头的两个摄像头镜头安装的距离，Μ为所述两幅成像图像在横 方向上的像素总个数，a'、b'为矩形光斑分别在所述两幅成像图像中的对应位置，β为 所述双目摄像头的两个摄像头视角的半角。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，使用的所述双目摄像头前 安装有近红外滤光片。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述近红外滤光片采用的通带中心波长 与所述近红外光源的波长相匹配。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近红外滤光片采用的通带中心波长 为 850nm、880nm、940nm 或者 950nm 中的一种。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括： 531、 逐行扫描所述两幅成像图像的像素点； 532、 将当前像素点的像素值与前一像素点的像素值进行差分，当差分值小于设定的第 一阈值，继续进行下一像素点的扫描；当差分值大于设定的第一阈值，记录下当前像素点位 置，转入下一行像素点的扫描； 533、 当所记录的像素点数量达到设定的第二阈值时结束扫描； 534、 根据所记录下的像素点位置，确定矩形光斑分别在第一摄像头和第二摄像头的成 像图像中的对应位置。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括： 531 '、逐行扫描第一摄像头和第二摄像头的成像图像的像素点； 532 '、将当前像素点的像素值与设定的第三阈值比较，当前像素点的像素值小于设定 的第三阈值时，继续进行下一像素点的扫描；当前像素点的像素值大于设定的第三阈值时， 记录下当前像素点位置，转入下一行像素点的扫描； 533 '、当所记录的像素点数量达到设定的第四阈值时结束扫描； 534 '、根据所记录下的像素点位置，确定矩形光斑分别在第一摄像头和第二摄像头的 成像图像中的对应位置。
7. -种主动测距系统，其特征在于，所述系统包括CPU、成像参数相同的双目摄像头、 投影仪，所述双目摄像头和所述投影仪分别与所述CPU电气连接，其中， 所述投影仪用于使用近红外光源在被测物体上投射出矩形光斑； 所述双目摄像头用于同步获得被测物体表面的两幅成像图像； 所述CPU用于定位出所述矩形光斑在所述两幅成像图像中的位置，并根据如下公式确 定被测物体的距离h，
其中，C为所述双目摄像头的两个摄像头镜头安装的距离，Μ为所述两幅成像图像在横 方向上的像素总个数，a'、b'为矩形光斑分别在所述两幅成像图像中的对应位置，β为 所述双目摄像头的两个摄像头视角的半角。
8. 根据权利要求7所述的主动测距系统，其特征在于，使用的所述双目摄像头前安装 有近红外滤光片。
9. 根据权利要求7所述的主动测距系统，其特征在于，所述近红外滤光片采用的通带 中心波长与所述近红外光源的波长相匹配。
10. 根据权利要求7所述的主动测距系统，其特征在于，所述近红外滤光片采用的通带 中心波长为850nm、880nm、940nm或者950nm中的一种。
【文档编号】G01C3/00GK104154898SQ201410169550
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】但果, 易羽, 陈子豪, 陈思平 申请人:深圳大学