基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，其采用分級采樣的方式，在第一次雙目數(shù)字圖像采集過程中，確保了最寬的拍攝視角范圍，同時采用了K倍像素下采樣，大幅減小了對大視角左視圖像和大視角右視圖像進行目標(biāo)物體識別的數(shù)據(jù)運算量，在第二次雙目數(shù)字圖像采集過程中，同樣在最寬拍攝視角范圍和最高分辨率條件下，以目標(biāo)物體為中心、按預(yù)設(shè)分辨率范圍進行逐點采樣，有利于后續(xù)對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的過程中減少數(shù)據(jù)運算量，提高實時性，并同時保證了目標(biāo)物體的成像清晰度，從而有效解決基于雙目立體成像對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的應(yīng)用中，實時性、視角范圍和成像清晰度三方面難以同時兼顧的問題。
【專利說明】基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙目立體視覺技術(shù)是圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】中的一個重要分支，其通常借助雙目攝像機直接模擬人類雙眼處理景物的方式，按照不同視點采集左右兩幅圖像，用以確定所監(jiān)測場景的三維結(jié)構(gòu)。與一般的攝影系統(tǒng)只能將三維場景以二維的形式記錄而丟掉了大量的信息不同，雙目立體視覺系統(tǒng)能夠獲得場景三維數(shù)據(jù)，因此在機器人視覺、航空測繪、軍事應(yīng)用、醫(yī)學(xué)診斷及工業(yè)檢測中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]在工業(yè)產(chǎn)品幾何參數(shù)檢測、視頻監(jiān)控等場合，雙目立體視覺系統(tǒng)也得到了越來越廣泛的使用，目前主要采用雙目數(shù)字?jǐn)z像機對工業(yè)產(chǎn)品、被監(jiān)控對象等目標(biāo)物體進行雙目圖像采集，從而根據(jù)采集到的雙目圖像，對工業(yè)產(chǎn)品的形狀、尺寸進行立體視覺三維分析，或者對被監(jiān)控對象的位置、姿態(tài)進行立體視覺三維分析，等等。但是在對目標(biāo)物體進行三維分析和計算處理的過程中，如果雙目數(shù)字?jǐn)z像機左右攝像頭的分辨率較高，則雙目數(shù)字?jǐn)z像機能夠以較寬廣的拍攝視角范圍采集到被監(jiān)測場景區(qū)域較大的雙目圖像，并且能夠保證雙目圖像中目標(biāo)物體的成像也較為清晰，因此能夠用以對目標(biāo)物體進行較為準(zhǔn)確的三維分析；但是，較高的分辨率也導(dǎo)致了雙目圖像的左視圖像和右視圖像中需要進行匹配分析和三維運算的數(shù)據(jù)點呈數(shù)量級的增加，數(shù)據(jù)運算量大，從而嚴(yán)重三維分析處理的效率。而如果為了保證立體視覺三維分析和計算處理的實時性，就需要限制雙目數(shù)字?jǐn)z像機左右攝像頭的分辨率，例如采用640X480的分辨率，以減小對左視圖像和右視圖像進行匹配分析和三維運算的數(shù)據(jù)運算量；但是分辨率的減小，如果以較寬廣的拍攝視角范圍進行雙目圖像采集，將導(dǎo)致目標(biāo)物體成像模糊，而如果以較窄的拍攝視角范圍進行雙目圖像采集來保證目標(biāo)物體成像清晰度，則因視角減小導(dǎo)致被監(jiān)測場景區(qū)域也隨之減小，因此單次的雙目圖像采集可能難以捕捉到目標(biāo)物體，增加了搜索目標(biāo)物體的難度，從而導(dǎo)致視角范圍和成像清晰度無法得以兼顧。因此，在基于雙目立體成像對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的應(yīng)用中，如何在實時性、視角范圍和成像清晰度三方面加以均衡兼顧，成為了有待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，用以解決基于雙目立體成像對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的應(yīng)用中，實時性、視角范圍和成像清晰度三方面難以同時兼顧的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)手段:
基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，包括如下步驟:
I)根據(jù)雙目數(shù)字?jǐn)z像機左右攝像頭的最高分辨率MXN，設(shè)定對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析處理的預(yù)設(shè)分辨率mXn,確保M/m=N/n=K, K為大于I的整數(shù)；
2)控制雙目數(shù)字?jǐn)z像機的左右攝像頭以最寬的拍攝視角范圍，按最高分辨率，對被監(jiān)測場景進行第一次雙目數(shù)字圖像采集，且在采集過程中設(shè)置左右攝像頭進行K倍像素下采樣，即每間隔K-1行、且每行間隔K-1個像素點進行像素點采樣，從而得到分辨率為mXn的大視角左視圖像和大視角右視圖像；
3)對大視角左視圖像和大視角右視圖像進行目標(biāo)物體識別，并計算目標(biāo)物體的三維空間位置坐標(biāo)；
4)保持拍攝視角范圍不變，根據(jù)目標(biāo)物體的三維空間位置坐標(biāo)，調(diào)整雙目數(shù)字?jǐn)z像機的左右攝像頭以目標(biāo)物體為視角中心，按最高分辨率對被監(jiān)測場景進行第二次雙目數(shù)字圖像采集，且在采集過程中設(shè)置左右攝像頭以目標(biāo)物體為中心、按預(yù)設(shè)分辨率范圍進行逐點采樣，得到分辨率為mXn的小視角左視圖像和小視角右視圖像；
5)利用得到的小視角左視圖像和小視角右視圖像對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析。
[0006]上述基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法中，作為一種優(yōu)化方案，所述最高分辨率M X N的列分辨率M不小于1280、行分辨率N不小于960。上述基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法中，作為一種優(yōu)化方案，所述預(yù)設(shè)分辨率mXn的列分辨率m不小于640、行分辨率η不小于480。
[0007]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，在第一次雙目數(shù)字圖像采集過程中，確保了最寬的拍攝視角范圍，有利于更迅速的捕獲到目標(biāo)物體圖像，降低了目標(biāo)物體的搜索難度，同時采用了 K倍像素下采樣，大幅減小了對大視角左視圖像和大視角右視圖像進行目標(biāo)物體識別的數(shù)據(jù)運算量。
[0008]2、本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，在第二次雙目數(shù)字圖像采集過程中，同樣在最寬拍攝視角范圍和最高分辨率條件下進行，并以目標(biāo)物體為中心、按預(yù)設(shè)分辨率范圍進行逐點采樣，有利于后續(xù)對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的過程中減少數(shù)據(jù)運算量，提高實時性，并且由于小視角左視圖像和小視角右視圖像是在最高分辨率條件下通過逐點采樣獲得，能夠有效保證目標(biāo)物體的成像清晰度。
[0009]3、本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，采用了分級采樣的方式，相比于現(xiàn)有技術(shù)的立體視覺三維分析方法，其總體數(shù)據(jù)運算量更少，并能夠同時兼顧具備較寬的視角范圍和較高的成像清晰度，有效解決基于雙目立體成像對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的應(yīng)用中，實時性、視角范圍和成像清晰度三方面難以同時兼顧的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法的流程圖。
[0011]圖2為本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法的處理效果示意圖。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明提供了一種基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，該方法的處理流程如圖1所示，具體包括如下步驟:1)根據(jù)雙目數(shù)字?jǐn)z像機左右攝像頭的最高分辨率MXN，設(shè)定對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析處理的預(yù)設(shè)分辨率mXn,確保M/m=N/n=K, K為大于I的整數(shù)；
2)控制雙目數(shù)字?jǐn)z像機的左右攝像頭以最寬的拍攝視角范圍，按最高分辨率，對被監(jiān)測場景進行第一次雙目數(shù)字圖像采集，且在采集過程中設(shè)置左右攝像頭進行K倍像素下采樣，即每間隔K-1行、且每行間隔K-1個像素點進行像素點采樣，從而得到分辨率為mXn的大視角左視圖像和大視角右視圖像；
3)對大視角左視圖像和大視角右視圖像進行目標(biāo)物體識別，并計算目標(biāo)物體的三維空間位置坐標(biāo)；
4)保持拍攝視角范圍不變，根據(jù)目標(biāo)物體的三維空間位置坐標(biāo)，調(diào)整雙目數(shù)字?jǐn)z像機的左右攝像頭以目標(biāo)物體為視角中心，按最高分辨率對被監(jiān)測場景進行第二次雙目數(shù)字圖像采集，且在采集過程中設(shè)置左右攝像頭以目標(biāo)物體為中心、按預(yù)設(shè)分辨率范圍進行逐點采樣，得到分辨率為mXn的小視角左視圖像和小視角右視圖像；
5)利用得到的小視角左視圖像和小視角右視圖像對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析。[0013]可以看到，本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，通過分級采樣的方式，先以最寬的拍攝視角范圍、按最高分辨率，對被監(jiān)測場景進行第一次雙目數(shù)字圖像采集，并在采集過程中采用K倍像素下采樣，得到分辨率為mXn的大視角左視圖像和大視角右視圖像，用以進行目標(biāo)物體的識別和三維空間位置坐標(biāo)計算；然后再根據(jù)目標(biāo)物體的三維空間位置坐標(biāo)，以目標(biāo)物體為視角中心進行第二次雙目數(shù)字圖像采集，且在采集過程中以目標(biāo)物體為中心、按預(yù)設(shè)分辨率范圍進行逐點采樣，得到分辨率為mXn的小視角左視圖像和小視角右視圖像用以進行立體視覺三維分析。其處理效果如圖2所示。由此，由于第一次雙目數(shù)字圖像采集確保了最寬的拍攝視角范圍，有利于更迅速的捕獲到目標(biāo)物體圖像，降低了目標(biāo)物體的搜索難度，同時采用了 K倍像素下采樣，使得第一次雙目數(shù)字圖像采集在最高分辨率MXN的分辨率條件下依然得到mXn分辨率的大視角左視圖像和大視角右視圖像，大幅減小了對大視角左視圖像和大視角右視圖像進行目標(biāo)物體識別的數(shù)據(jù)運算量；而第二次雙目數(shù)字圖像采集雖然同樣在最寬拍攝視角范圍和最高分辨率條件下進行，但雙目數(shù)字?jǐn)z像機的左右攝像頭僅以目標(biāo)物體為中心、按預(yù)設(shè)分辨率范圍進行逐點采樣，依然得到mXn分辨率的小視角左視圖像和小視角右視圖像，因此有利于后續(xù)對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的過程中減少數(shù)據(jù)運算量，提高實時性，并且由于小視角左視圖像和小視角右視圖像是在最高分辨率條件下通過逐點采樣獲得，能夠有效保證目標(biāo)物體的成像清晰度?？梢姡景l(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，較好的兼顧了實時性、視角范圍和成像清晰度三方面的要素。
[0014]另一方面，由于立體視覺三維分析的數(shù)據(jù)運算量，是隨著雙目圖像的分辨率的增加而呈幾何倍數(shù)增加的；如果雙目圖像的分辨率增加為2倍mXn，則立體視覺三維分析的雙目圖像數(shù)據(jù)運算量則相應(yīng)增加為4倍mXη ;如果雙目圖像的分辨率增加為3倍mXn，則立體視覺三維分析的雙目圖像數(shù)據(jù)運算量則相應(yīng)增加為9倍mXn;……。也就是說，在保證目標(biāo)物體的成像清晰度相同的情況下，如果直接采用最高分辨率MXN的雙目圖像(相當(dāng)于K倍mXn分辨率，K ^ 2)進行立體視覺三維分析，則雙目圖像數(shù)據(jù)運算量則相應(yīng)增加為K2倍mXn。而本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，僅需要對分辨率為mXn的大視角左視圖像和大視角右視圖像進行目標(biāo)物體識別，以及對分辨率為mXn的小視角左視圖像和小視角右視圖像進行立體視覺三維分析，僅相當(dāng)于2倍mXn的雙目圖像數(shù)據(jù)運算量。由此可見，本發(fā)明基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法的總體數(shù)據(jù)運算量，也比現(xiàn)有技術(shù)的立體視覺三維分析方法更少，從而能更好的保證分析處理的實時性。
[0015]當(dāng)然，在兼顧實時性的同時，為了更好的確保視角范圍和成像清晰度，本發(fā)明的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法適宜采用最高分辨率參數(shù)較高的雙目數(shù)字?jǐn)z像機，其最高分辨率MXN的列分辨率M最好不小于1280、行分辨率N最好不小于960，以避免在第一次雙目數(shù)字圖像采集時，K倍像素下采樣后所得的大視角左視圖像和大視角右視圖像清晰度過低，應(yīng)影響目標(biāo)物體的識別精度；而預(yù)設(shè)分辨率也不宜設(shè)置過小，預(yù)設(shè)分辨率mXn的列分辨率m最好不小于640、行分辨率η最好不小于480，使得第二次雙目數(shù)字圖像采集所得的小視角左視圖像和小視角右視圖像能夠更好地確保對目標(biāo)物體圖像的完整采集，避免影響對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析的準(zhǔn)確性。
[0016]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)根據(jù)雙目數(shù)字?jǐn)z像機左右攝像頭的最高分辨率MXN，設(shè)定對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析處理的預(yù)設(shè)分辨率mXn,確保M/m=N/n=K, K為大于I的整數(shù)； 2)控制雙目數(shù)字?jǐn)z像機的左右攝像頭以最寬的拍攝視角范圍，按最高分辨率，對被監(jiān)測場景進行第一次雙目數(shù)字圖像采集，且在采集過程中設(shè)置左右攝像頭進行K倍像素下采樣，即每間隔K-1行、且每行間隔K-1個像素點進行像素點采樣，從而得到分辨率為mXn的大視角左視圖像和大視角右視圖像； 3)對大視角左視圖像和大視角右視圖像進行目標(biāo)物體識別，并計算目標(biāo)物體的三維空間位置坐標(biāo)； 4)保持拍攝視角范圍不變，根據(jù)目標(biāo)物體的三維空間位置坐標(biāo)，調(diào)整雙目數(shù)字?jǐn)z像機的左右攝像頭以目標(biāo)物體為視角中心，按最高分辨率對被監(jiān)測場景進行第二次雙目數(shù)字圖像采集，且在采集過程中設(shè)置左右攝像頭以目標(biāo)物體為中心、按預(yù)設(shè)分辨率范圍進行逐點采樣，得到分辨率為mXn的小視角左視圖像和小視角右視圖像； 5)利用得到的小視角左視圖像和小視角右視圖像對目標(biāo)物體進行立體視覺三維分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，其特征在于，所述最高分辨率MXN的列分辨率M不小于1280、行分辨率N不小于960。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分級采樣的目標(biāo)物體立體視覺三維分析處理方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)分辨率mXn的列分辨率m不小于640、行分辨率η不小于480。
【文檔編號】G06T17/00GK103927757SQ201410179966
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】劉強強, 王嘉 申請人:重慶環(huán)視科技有限公司