CN107093195A - 一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，在双目相机中间设置测距仪，由双目相机同一时刻采集同一标记点得到左右图像，通过双目立体视觉基本原理计算该标记点的粗略位置；根据粗略位置引导激光测距仪至正对标记点平台位置，然后采集标记点的准确深度信息，通过准确深度信息反推标记点视差，进而通过准确视差来解算准确水平位置与准确竖直位置。解决了现有技术中存在的双目立体视觉远距离定位精度低以及激光测距仪仅能提供一维深度信息的问题。

Description

一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法
【技术领域】
本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法。
【背景技术】
双目立体视觉是计算机视觉的一个重要分支，广泛应用于定位、测距、机器人导航等领域。传统双目立体视觉技术的定位误差随距离的增加呈指数形式增长，定位精度大幅下降。激光测距仪在较大的距离范围内能够提供比较高的定位精度，然而，激光测距仅仅能提供深度信息，无法完成标记点的三维定位。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，以解决现有技术中存在的双目立体视觉远距离定位精度低以及激光测距仪仅能提供一维深度信息的问题。
本发明采用以下技术方案：一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，在双目相机中间设置测距仪，由双目相机同一时刻采集同一标记点得到左右图像，通过双目立体视觉基本原理计算该标记点的粗略位置；根据粗略位置引导激光测距仪至正对标记点平台位置，然后采集标记点的准确深度信息，通过准确深度信息反推标记点视差，进而通过准确视差来解算准确水平位置与准确竖直位置。
进一步的，按照以下步骤实施：
步骤1、调节双目相机的焦距至标记点清晰位置，并对双目相机进行标定，同时手动测量基线宽度B，在所述双目相机的基线中间设置激光测距仪；
步骤2、双目相机在同一时刻采集空间物体的同一标记点P(xc,yc,zc)，则在双目相机上获取了点P的两个图像Pleft和Pright，它们的图像像素坐标分别为pleft＝(Xleft,Yleft)，pright＝(Xright,Yright),结合所述基线宽度B以及相机焦距f，又因为Yleft＝Yright＝Y，则得到：
其中，xc、yc和zc是通过双目相机获取的标记点的粗略三维坐标；
则视差为：Disparity＝Xleft-Xright；
由此可计算出标记点P在相机坐标系下的三维坐标：
步骤3、根据步骤2中得到的xc和yc，调整激光测距仪的位置，使其正对标记点；
步骤4、启动激光测距仪，利用激光测距仪得到标记点所在平面的高精度深度信息z0，设所述深度信息zc的修正视差为则利用修正的视差信息重新计算xc、yc，得到：
其中，x0、y0和z0为利用利用激光测距仪调整时差信息后获取的准确三维坐标。
进一步的，双目相机和激光测距仪均安装于高精度移动平台上。
本发明的有益效果是：本发明充分利用双目相机与激光测距仪各自的优势，结合激光测距仪在深度信息精度上的优势以及双目立体视觉在三维定位的特点，用激光测距仪得到精确深度信息修正双目立体视觉得到的三维位置信息，从而大幅度提高合作标记点的三维定位精度，能够在远距离实现标记点的高精度三维定位。
【附图说明】
图1为本发明一种激光测距与双目相机的结合装置的结构示意图；
图2为本发明一种激光测距与双目相机的结合装置的定位原理图；
图3为本发明一种激光测距与双目相机的结合装置所要定位的目标的表面标记点。
图中，1.双目相机，2.激光测距仪，3.高精度移动平台。
【具体实施方式】
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，如图1所示为双目相机1与激光测距仪2相结合的高精度合作标记点定位装置，激光测距仪2位于双目相机1的基线中间，整套装置位于高精度移动平台3上，可以实现图示x方向与方向的高精度移动。目标物体上贴有棋盘格标记点，其中标记点与目标物体的相对位置已知。
双目立体视觉的三维重构原理如图2所示，将水平方向定义为X轴，竖直方向定义为Y轴，其中基线距B为两摄像机的投影中心连线的距离；相机焦距为f。设两摄像机在同一时刻观看空间物体的同一特征点P(xc,yc,zc)，分别在“左眼”和“右眼”上获取了点P的图像，它们的图像坐标分别为pleft＝(Xleft,Yleft)，pright＝(Xright,Yright)。
现两摄像机的图像在同一个平面上，则特征点P的图像坐标Y坐标相同，即Yleft＝Yright＝Y，则由三角几何关系得到：
其中，xc、yc和zc是通过双目相机获取的标记点的粗略三维坐标；
则视差为：Disparity＝Xleft-Xright。由此可计算出特征点P在相机坐标系下的三维坐标为：
因此，左相机像面上的任意一点只要能在右相机像面上找到对应的匹配点，就可以确定出该点的三维坐标。这种方法是完全的点对点运算，像面上所有点只要存在相应的匹配点，就可以参与上述运算，从而获取其对应的标三维坐标。
从计算原理上分析双目立体视觉的误差可以表示为：
其中，f为焦距，B为基线，Δd为视差误差。
由于相机标定、角点定位等步骤都不可避免的会引入误差，得到的视差会存在较大误差，本专利利用激光测距得到的准确深度信息z0修正视差。
利用修正的视差信息重新计算xc、yc，得到更准确的三维信息。
计算公式为：
其中，x0、y0和z0为利用利用激光测距仪调整时差信息后获取的准确三维坐标。
本发明一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，在双目相机1中间设置测距仪，由双目相机1同一时刻采集同一标记点得到左右图像，通过双目立体视觉基本原理计算该标记点的粗略位置；根据粗略位置引导激光测距仪至正对标记点平台位置，然后采集标记点的准确深度信息，通过准确深度信息反推标记点视差，进而通过准确视差来解算准确水平位置与准确竖直。
本发明通过双目立体视觉对标记点进行识别定位，此时由于距离目标标记点比较远所得到的位置信息不准确(定位误差10cm之内)。然后，通过第一步得到的粗略位置信息引导可在x、y方向上自由移动的装置平台，使得激光器能够打到标记点小平台上。最后，通过激光测距仪2得到标记点小平台的准确位置信息，并以此修正双目立体视觉的视差，并根据得到的视差修正得到更准确的位置信息(毫米级)。
本方法的发明点是结合了传统双目立体视觉与激光测距，利用激光测距的准确深度信息修正双目立体视觉得到的视差信息，提高了双目立体视觉在较远距离的定位精度。

Claims (3)

1.一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，其特征在于，在双目相机(1)中间设置测距仪，由双目相机(1)同一时刻采集同一标记点得到左右图像，通过双目立体视觉基本原理计算该标记点的粗略位置；根据粗略位置引导激光测距仪至正对标记点平台位置，然后采集标记点的准确深度信息，通过准确深度信息反推标记点视差，进而通过准确视差来解算准确水平位置与准确竖直位置。
2.如权利要求1所述的一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1、调节双目相机(1)的焦距至标记点清晰位置，并对双目相机(1)进行标定，同时手动测量基线宽度B，在所述双目相机(1)的基线中间设置激光测距仪(2)；
步骤2、双目相机(1)在同一时刻采集空间物体的同一标记点P(xc,yc,zc)，则在双目相机(1)上获取了点P的两个图像Pleft和Pright，它们的图像像素坐标分别为pleft＝(Xleft,Yleft)，pright＝(Xright,Yright),结合所述基线宽度B以及相机焦距f，又因为Yleft＝Yright＝Y，则得到：
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其中，xc、yc和zc是通过双目相机获取的标记点的粗略三维坐标；
则视差为：Disparity＝Xleft-Xright；
由此可计算出标记点P在相机坐标系下的三维坐标：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>B</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>p</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> <mi>y</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>B</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>Y</mi> </mrow> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>p</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> <mi>y</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>B</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>f</mi> </mrow> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>p</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> <mi>y</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>
步骤3、根据步骤2中得到的xc和yc，调整激光测距仪(2)的位置，使其正对标记点；
步骤4、启动激光测距仪(2)，利用激光测距仪(2)得到标记点所在平面的高精度深度信息z0，设所述深度信息zc的修正视差为则利用修正的视差信息重新计算xc、yc，得到：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>B</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mover> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>p</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> <mi>y</mi> </mrow> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>B</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>Y</mi> </mrow> <mover> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>p</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> <mi>y</mi> </mrow> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，x0、y0和z0为利用利用激光测距仪调整时差信息后获取的准确三维坐标。
3.如权利要求2所述的一种激光测距与双目相机结合的标记点定位方法，其特征在于，所述双目相机(1)和所述激光测距仪(2)均安装于高精度移动平台(3)上。
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