【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)結(jié)合的標(biāo)記點(diǎn)定位方法。

背景技術(shù)：

雙目立體視覺(jué)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)重要分支，廣泛應(yīng)用于定位、測(cè)距、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域。傳統(tǒng)雙目立體視覺(jué)技術(shù)的定位誤差隨距離的增加呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，定位精度大幅下降。激光測(cè)距儀在較大的距離范圍內(nèi)能夠提供比較高的定位精度，然而，激光測(cè)距僅僅能提供深度信息，無(wú)法完成標(biāo)記點(diǎn)的三維定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)結(jié)合的標(biāo)記點(diǎn)定位方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的雙目立體視覺(jué)遠(yuǎn)距離定位精度低以及激光測(cè)距儀僅能提供一維深度信息的問(wèn)題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)結(jié)合的標(biāo)記點(diǎn)定位方法，在雙目相機(jī)中間設(shè)置測(cè)距儀，由雙目相機(jī)同一時(shí)刻采集同一標(biāo)記點(diǎn)得到左右圖像，通過(guò)雙目立體視覺(jué)基本原理計(jì)算該標(biāo)記點(diǎn)的粗略位置；根據(jù)粗略位置引導(dǎo)激光測(cè)距儀至正對(duì)標(biāo)記點(diǎn)平臺(tái)位置，然后采集標(biāo)記點(diǎn)的準(zhǔn)確深度信息，通過(guò)準(zhǔn)確深度信息反推標(biāo)記點(diǎn)視差，進(jìn)而通過(guò)準(zhǔn)確視差來(lái)解算準(zhǔn)確水平位置與準(zhǔn)確豎直位置。

進(jìn)一步的，按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、調(diào)節(jié)雙目相機(jī)的焦距至標(biāo)記點(diǎn)清晰位置，并對(duì)雙目相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)手動(dòng)測(cè)量基線寬度b，在所述雙目相機(jī)的基線中間設(shè)置激光測(cè)距儀；

步驟2、雙目相機(jī)在同一時(shí)刻采集空間物體的同一標(biāo)記點(diǎn)p(xc,yc,zc)，則在雙目相機(jī)上獲取了點(diǎn)p的兩個(gè)圖像pleft和pright，它們的圖像像素坐標(biāo)分別為pleft＝(xleft,yleft)，pright＝(xright,yright),結(jié)合所述基線寬度b以及相機(jī)焦距f，又因?yàn)閥left＝y(tǒng)right＝y(tǒng)，則得到：

其中，xc、yc和zc是通過(guò)雙目相機(jī)獲取的標(biāo)記點(diǎn)的粗略三維坐標(biāo)；

則視差為：disparity＝xleft-xright；

由此可計(jì)算出標(biāo)記點(diǎn)p在相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)：

步驟3、根據(jù)步驟2中得到的xc和yc，調(diào)整激光測(cè)距儀的位置，使其正對(duì)標(biāo)記點(diǎn)；

步驟4、啟動(dòng)激光測(cè)距儀，利用激光測(cè)距儀得到標(biāo)記點(diǎn)所在平面的高精度深度信息z0，設(shè)所述深度信息zc的修正視差為則利用修正的視差信息重新計(jì)算xc、yc，得到：

其中，x0、y0和z0為利用利用激光測(cè)距儀調(diào)整時(shí)差信息后獲取的準(zhǔn)確三維坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，雙目相機(jī)和激光測(cè)距儀均安裝于高精度移動(dòng)平臺(tái)上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明充分利用雙目相機(jī)與激光測(cè)距儀各自的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合激光測(cè)距儀在深度信息精度上的優(yōu)勢(shì)以及雙目立體視覺(jué)在三維定位的特點(diǎn)，用激光測(cè)距儀得到精確深度信息修正雙目立體視覺(jué)得到的三維位置信息，從而大幅度提高合作標(biāo)記點(diǎn)的三維定位精度，能夠在遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)標(biāo)記點(diǎn)的高精度三維定位。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)的結(jié)合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)的結(jié)合裝置的定位原理圖；

圖3為本發(fā)明一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)的結(jié)合裝置所要定位的目標(biāo)的表面標(biāo)記點(diǎn)。

圖中，1.雙目相機(jī)，2.激光測(cè)距儀，3.高精度移動(dòng)平臺(tái)。

【具體實(shí)施方式】

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)結(jié)合的標(biāo)記點(diǎn)定位方法，如圖1所示為雙目相機(jī)1與激光測(cè)距儀2相結(jié)合的高精度合作標(biāo)記點(diǎn)定位裝置，激光測(cè)距儀2位于雙目相機(jī)1的基線中間，整套裝置位于高精度移動(dòng)平臺(tái)3上，可以實(shí)現(xiàn)圖示x方向與方向的高精度移動(dòng)。目標(biāo)物體上貼有棋盤格標(biāo)記點(diǎn)，其中標(biāo)記點(diǎn)與目標(biāo)物體的相對(duì)位置已知。

雙目立體視覺(jué)的三維重構(gòu)原理如圖2所示，將水平方向定義為x軸，豎直方向定義為y軸，其中基線距b為兩攝像機(jī)的投影中心連線的距離；相機(jī)焦距為f。設(shè)兩攝像機(jī)在同一時(shí)刻觀看空間物體的同一特征點(diǎn)p(xc,yc,zc)，分別在“左眼”和“右眼”上獲取了點(diǎn)p的圖像，它們的圖像坐標(biāo)分別為pleft＝(xleft,yleft)，pright＝(xright,yright)。

現(xiàn)兩攝像機(jī)的圖像在同一個(gè)平面上，則特征點(diǎn)p的圖像坐標(biāo)y坐標(biāo)相同，即yleft＝y(tǒng)right＝y(tǒng)，則由三角幾何關(guān)系得到：

其中，xc、yc和zc是通過(guò)雙目相機(jī)獲取的標(biāo)記點(diǎn)的粗略三維坐標(biāo)；

則視差為：disparity＝xleft-xright。由此可計(jì)算出特征點(diǎn)p在相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)為：

因此，左相機(jī)像面上的任意一點(diǎn)只要能在右相機(jī)像面上找到對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)，就可以確定出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種方法是完全的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)算，像面上所有點(diǎn)只要存在相應(yīng)的匹配點(diǎn)，就可以參與上述運(yùn)算，從而獲取其對(duì)應(yīng)的標(biāo)三維坐標(biāo)。

從計(jì)算原理上分析雙目立體視覺(jué)的誤差可以表示為：

其中，f為焦距，b為基線，δd為視差誤差。

由于相機(jī)標(biāo)定、角點(diǎn)定位等步驟都不可避免的會(huì)引入誤差，得到的視差會(huì)存在較大誤差，本專利利用激光測(cè)距得到的準(zhǔn)確深度信息z0修正視差。

利用修正的視差信息重新計(jì)算xc、yc，得到更準(zhǔn)確的三維信息。

計(jì)算公式為：

其中，x0、y0和z0為利用利用激光測(cè)距儀調(diào)整時(shí)差信息后獲取的準(zhǔn)確三維坐標(biāo)。

本發(fā)明一種激光測(cè)距與雙目相機(jī)結(jié)合的標(biāo)記點(diǎn)定位方法，在雙目相機(jī)1中間設(shè)置測(cè)距儀，由雙目相機(jī)1同一時(shí)刻采集同一標(biāo)記點(diǎn)得到左右圖像，通過(guò)雙目立體視覺(jué)基本原理計(jì)算該標(biāo)記點(diǎn)的粗略位置；根據(jù)粗略位置引導(dǎo)激光測(cè)距儀至正對(duì)標(biāo)記點(diǎn)平臺(tái)位置，然后采集標(biāo)記點(diǎn)的準(zhǔn)確深度信息，通過(guò)準(zhǔn)確深度信息反推標(biāo)記點(diǎn)視差，進(jìn)而通過(guò)準(zhǔn)確視差來(lái)解算準(zhǔn)確水平位置與準(zhǔn)確豎直。

本發(fā)明通過(guò)雙目立體視覺(jué)對(duì)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別定位，此時(shí)由于距離目標(biāo)標(biāo)記點(diǎn)比較遠(yuǎn)所得到的位置信息不準(zhǔn)確(定位誤差10cm之內(nèi))。然后，通過(guò)第一步得到的粗略位置信息引導(dǎo)可在x、y方向上自由移動(dòng)的裝置平臺(tái)，使得激光器能夠打到標(biāo)記點(diǎn)小平臺(tái)上。最后，通過(guò)激光測(cè)距儀2得到標(biāo)記點(diǎn)小平臺(tái)的準(zhǔn)確位置信息，并以此修正雙目立體視覺(jué)的視差，并根據(jù)得到的視差修正得到更準(zhǔn)確的位置信息(毫米級(jí))。

本方法的發(fā)明點(diǎn)是結(jié)合了傳統(tǒng)雙目立體視覺(jué)與激光測(cè)距，利用激光測(cè)距的準(zhǔn)確深度信息修正雙目立體視覺(jué)得到的視差信息，提高了雙目立體視覺(jué)在較遠(yuǎn)距離的定位精度。