CN101571953A - 一种目标检测方法、系统及立体视觉系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种目标检测方法、系统及立体视觉系统，该方法包括：确定镜头的弥散斑的直径；根据所述弥散斑的直径将像距调整到散焦状态。通过调整镜头的像距，增大目标的成像面积，增大目标物的检测范围，使相机在弥散斑的状态下进行采集图像，由于弥散斑使识别面积增大，像素增多，减少干扰像素的影响，同时使计算出亚像素级重心坐标的精度提高。

Description

一种目标检测方法、系统及立体视觉系统

技术领域

本发明涉及视觉技术领域，特别涉及一种目标检测方法、系统及立体视觉系统。

背景技术

镜头在聚焦状态下，采集图像进行图像预处理，然后利用阈值分割法将图像二值化处理后，再利用blob连通域检测算法提取出目标连通域，并计算目标在图像中的位置。所述位置计算方法一般采用求重心的方法，求得目标重心位置后，还可以利用这些坐标信息，进行三维重建、目标跟踪等后续处理。但是现有技术采集图像时，都是将镜头调整至聚焦状态，当目标尺寸较小或者距离较远时，成像较小，这给目标位置的精确提取带来困难。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷提供了一种目标检测方法、系统及立体视觉系统，有效的提高了目标位置坐标计算的精确度。

本发明的技术方案如下：

一种目标检测方法，包括步骤：

A、使用摄像机采集图像；

B、根据所述摄像机采集到的图像进行目标检测；其中，

在步骤A之前，调整所述摄像机处于散焦状态。

其中，所述调整摄像机处于散焦状态，具体包括：根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距。

其中，所述根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距的调整量为： $\mathrm{dz}=\frac{z1}{2a}\×\mathrm{out}\_p,$ 其中：p₁＜out_p＜p2，(p₁，p₂)为清晰成像像距范围；2a为入射光瞳直径，zl为弥散斑的直径。

一种目标检测系统，应用于摄像机上采集图像，以及根据所述采集到的图像进行目标检测，其包括：

调整单元，用于在采集图像之前调整所述摄像机处于散焦状态。

其中，所述调整单元，用于根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距。

其中，所述调整单元，用于根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距的调整量为： $\mathrm{dz}=\frac{z1}{2a}\×\mathrm{out}\_p,$ 其中：p₁＜out_p＜p2，(p₁，p₂)为清晰成像像距范围；2a为入射光瞳直径，zl为弥散斑的直径。

一种用于目标检测的立体视觉系统，包括至少两台摄像机，其中，第

一摄像机，用于在散焦状态采集图像；

第二摄像机，用于在聚焦或者散焦状态采集图像；

所述第一摄像机或者第二摄像机，还用于根据所述第一摄像机和第二摄像机采集到的图像进行目标检测，根据所述第一摄像机和第二摄像机的目标检测结果重建目标三维位置。

本发明的有益效果为：本发明提供的目标检测方法、系统及立体视觉系统通过调整镜头的像距，增大目标的成像面积，增大目标物的检测范围，使相机在弥散斑的状态下进行采集图像，由于弥散斑使识别面积增大，像素增多，减少干扰像素的影响，同时使计算出亚像素级重心坐标的精度提高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的目标检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的目标检测系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的图像获取及处理单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的弥散斑成像示意图；

图5为本发明实施例提供的最小成像点变弥散斑模型图；

图6为本发明实施例提供的弥散斑成像的实际图像。

具体实施方式

本发明提供了一种目标检测方法、系统及立体视觉系统，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供一种目标检测方法、系统及立体视觉系统，该方法包括：确定镜头的弥散斑的直径；根据所述弥散斑的直径将像距调整到散焦状态。通过调整镜头的像距，增大目标的成像面积，如图6所示，增大目标物的检测范围，使相机在弥散斑的状态下进行采集图像，即调整像距到弥散斑直径超过清晰成像的状态，如图4中平面1和平面2，由于弥散斑使识别面积增大，像素增多，减少干扰像素的影响，同时使计算出亚像素级重心坐标的精度提高。

图1是本发明实施例提供的目标检测方法，包括步骤：

101、确定摄像机或者相机的镜头的弥散斑的直径。当目标成像为一个像素时，为了有效地实现目标的亚像素级的检测，故弥散斑至少要扩散为3*3个像素，如图5所示。弥散斑最小直径为： $\min \left(z1\right)=3\×\sqrt{{\mathrm{dx}}^2+{\mathrm{dy}}^2}.$

102、根据所述弥散斑的直径将像距调整到散焦状态。所述像距调整量为： $\mathrm{dz}=\frac{z1}{2a}\×\mathrm{out}\_p,$ 其中：p₁＜out_p＜p2，(p₁，p₂)为清晰成像像距范围；2a为入射光瞳直径，zl为弥散斑的直径。

103、获取被测目标的图像，对所述图像进行处理，提取被检测目标在图像中的位置。

其中，该步骤103、对所述图像进行处理，提取被检测目标在图像中的位置，具体包括：

1)、根据中值滤波对所有图像进行预处理；也可以采用其他方法对所述图像进行预处理。

2)、根据阈值分割方法进行二值化处理每个相机采集的图像；根据本领域技术人员所知晓的，还可以采用其他方法进行二值化处理每个相机采集的图像。

3)、根据blob二值连通域检测技术，从二值化处理后的图像中提取出被检测目标的连通域；根据本领域技术人员所知晓的，还可以采取其他的检测技术提取被检测目标的连通域。

4)、根据带阈值重心法计算每个图像中检测物的亚像素级重心坐标。根据本领域技术人员所知晓的，还可以采取其他的方法计算每个图像中检测物的亚像素级重心坐标。

相应的，本发明实施例还提供一种目标检测系统，如图2所示，该系统包括：

调整单元320，用于将摄像机的像距调整到散焦状态，具体为：根据所述弥散斑的直径将像距调整到散焦状态。

其中：所述弥散斑的最小直径为： $\min \left(z1\right)=3\×\sqrt{{\mathrm{dx}}^2+{\mathrm{dy}}^2},$ 所述像距调整量为： $\mathrm{dz}=\frac{z1}{2a}\×\mathrm{out}\_p,$ 其中：p₁＜out_p＜p2，(p₁，p₂)为清晰成像像距范围；2a为入射光瞳直径，zl为弥散斑的直径。所述调整单元，根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距的调整量为： $\mathrm{dz}=\frac{z1}{2a}\×\mathrm{out}\_p.$

在进一步的实施例中，该系统还包括：

图像获取及处理单元330，用于在调整单元320调整像距的大小之后，获取被测目标的图像，对所述图像进行处理，提取被检测目标在图像中的位置。

其中，所述图像获取及处理单元330，如图3所示，包括：

预处理子单元331，用于根据中值滤波对所有图像进行预处理；

二值化处理子单元332，用于根据阈值分割方法进行二值化处理每个相机采集的图像；

提取子单元333，用于根据blob二值连通域检测技术，从二值化处理后的图像中提取出被检测目标的连通域；

坐标获取单元334，用于根据带阈值重心法计算每个图像中检测物的亚像素级重心坐标。

本发明实施例还提供一种用于目标检测的立体视觉系统，包括至少两台摄像机，其中，第一摄像机，用于在散焦状态采集图像；

第二摄像机，用于在聚焦或者散焦状态采集图像；

所述第一摄像机或者第二摄像机，还用于根据所述第一摄像机和第二摄像机采集到的图像进行目标检测，根据所述第一摄像机和第二摄像机的目标检测结果重建目标三维位置。具体为：根据所述第一摄像机和第二摄像机采集到的图像进行目标检测得出每一个像素点的坐标；根据所述每一个像素点的坐标计算出亚像素级重心坐标，以及根据所述亚像素级重心坐标计算目标物重心三维空间坐标。其中，亚像素级重心坐标计算的方法为：

根据像素序列中坐标及其在原图中对应的灰度值，采用带阈值的重心法计算重心坐标。设置背景灰度阈值K，然后利用公式计算重心坐标。

$x_0=\frac{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[F(x,y)-K]x}{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}F(x,y)}$

$y_0=\frac{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[F(x,y)-K]y}{\underset{x=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}F(x,y)}$

目标物重心三维坐标计算方法为：

分别以每个摄像机坐标系作为世界坐标系按照下式计算目标物重心三维坐标P_i(x_i，y_i，z_i)。这里由第i个摄像机和第j个摄像机的数据进行计算，可设置j＝i+1。

$\left\{\begin{array}{c}{z}_i=\frac{f_i(f_j{t}_{\mathrm{xij}}-X_j{t}_{\mathrm{zij}})}{X_j(r_{7\mathrm{ij}}{X}_i+r_{8\mathrm{ij}}{Y}_i+f_i{r}_{9\mathrm{ij}})-f_j(r_{1\mathrm{ij}}{X}_i+r_{2\mathrm{ij}}{Y}_i+f_i{r}_{3\mathrm{ij}})}\\ x_i=\frac{z_i{X}_i}{f_i}\\ y_i=\frac{z_i{Y}_i}{f_i}\end{array}\right.$

其中，f_i和f_j分别为第i个和第j个摄像机的焦距，目标物在第i个和第j个相机上成像的图像坐标(X_i，Y_i)和(X_j，Y_j)，以第i个摄像机作为主摄像机时的摄像机的外部参数是旋转矩阵 $R_{\mathrm{ij}}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{1\mathrm{ij}}& r_{2\mathrm{ij}}& r_{3\mathrm{ij}}\\ r_{4\mathrm{ij}}& r_{5\mathrm{ij}}& r_{6\mathrm{ij}}\\ r_{7\mathrm{ij}}& r_{8\mathrm{ij}}& r_{9\mathrm{ij}}\end{array}\right]$ 和偏移矩阵T_ij＝[t_xijt_yijt_zij]。

利用标定过程中每个摄像机坐标系间的转换关系

旋转矩阵 $R_{\mathrm{ij}}^W=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{1\mathrm{ij}}^W& r_{2\mathrm{ij}}^W& r_{3\mathrm{ij}}^W\\ r_{4\mathrm{ij}}^W& r_{5\mathrm{ij}}^W& r_{6\mathrm{ij}}^W\\ r_{7\mathrm{ij}}^W& r_{8\mathrm{ij}}^W& r_{9\mathrm{ij}}^W\end{array}\right]$ 和偏移矩阵 $T_{\mathrm{ij}}^W=\left[\begin{array}{ccc}{t}_{\mathrm{xij}}^W& t_{\mathrm{yij}}^W& t_{\mathrm{zij}}^W\end{array}\right]$ 将坐标P_i(x_i，y_i，z_i)转换成坐标P_i ^W(x_i ^W，y_i ^W，z_i ^W)。

利用加权均值处理方法对坐标组p_i ^W(x_i ^W，y_i ^W，z_i ^W)进行处理，利用下式求出最终的目标物重心坐标P_end ^W(x_end ^W，y_end ^W，z_end ^W)。

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{end}}^W=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i{x}_i^W\\ y_{\mathrm{end}}^W=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i{y}_i^W\\ z_{\mathrm{end}}^W=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{z}_i^W\end{array}\right.$

其中，M是摄像机的总数，k_i，m_i，n_i是第i个相机的权重值，并且 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i=1,$ $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i=1$ 和 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i=1.$

上述实施例可以应用在至少两台摄像机或者照相机上，也可以是多台摄像机或者照相机组成的系统。在散焦状态下，图像会模糊，目标的识别变得困难，为此可采用多摄像机协调的方法，通过上述方法和系统将至少一个镜头调整至散焦状态下，以两摄像机A、B为例说明该问题，摄像机A被调整至聚焦状态，摄像机B为散焦状态，当摄像机A中成像较大时，在摄像机A成像中识别目标，在摄像机A或摄像机B成像中提取目标；当摄像机A中成像较小时，在摄像机A或者摄像机B成像中识别目标，在摄像机B的成像中提取目标。同时使用两台摄像机分别处于聚焦状态和散焦状态下的摄像机进行目标识别、提取，对大、小目标均可实现较高的识别、位置提取精度。对于多摄像机系统，可以提高三维重建坐标的精度。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1、一种目标检测方法，包括步骤：

A、使用摄像机采集图像；

B、根据所述摄像机采集到的图像进行目标检测；

其特征在于，在步骤A之前，调整所述摄像机处于散焦状态。

2、如权利要求1所述目标检测方法，其特征在于，所述调整摄像机处于散焦状态，具体包括：根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距。

3、如权利要求2所述目标检测方法，其特征在于，所述根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距的调整量为： $\mathrm{dz}=\frac{z1}{2a}\×\mathrm{out}\_p,$ 其中：

p₁＜out_p＜p2，(p₁，p₂)为清晰成像像距范围；2a为入射光瞳直径，z1为弥散斑的直径。

4、一种目标检测系统，应用于摄像机上采集图像，以及根据所述采集到的图像进行目标检测，其特征在于，包括：

调整单元，用于在采集图像之前调整所述摄像机处于散焦状态。

5、如权利要求4所述目标检测系统，其特征在于，所述调整单元，用于根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距。

6、如权利要求5所述目标检测系统，其特征在于，所述调整单元，用于根据所述摄像机所需弥散斑的直径调整像距的调整量为： $\mathrm{dz}=\frac{z1}{2a}\×\mathrm{out}\_p,$

其中：p₁＜out_p＜p2，(p₁，p₂)为清晰成像像距范围；2a为入射光瞳直径，z1为弥散斑的直径。

7、一种用于目标检测的立体视觉系统，包括至少两台摄像机，其特征

在于，第一摄像机，用于在散焦状态采集图像；

第二摄像机，用于在聚焦或者散焦状态采集图像；

所述第一摄像机或者第二摄像机，还用于根据所述第一摄像机和第二摄像机采集到的图像进行目标检测，根据所述第一摄像机和第二摄像机的目标检测结果重建目标三维位置。

Images