CN107292810B - 一种视觉系统的图像处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种视觉系统的图像处理方法，所述视觉系统包括中央处理器、至少两组摄像机组和采集每组摄像机组转角信号的传感器，所述每个摄像机组至少有一台摄像机，摄像机组将拍摄的图像传递给所述中央处理器，传感器将采集得到的转角信号传递给所述中央处理器，当两组摄像机组绕各自的视轴作共轭旋转运动时，中央处理器根据所述摄像机组的旋转角度对所述图像进行旋转角度的补偿处理。本发明提供了一种解决摄像机和被摄物体或场景在绕视轴方向相对旋转时拍摄的图像因旋转导致的不清晰的解决方案，特别是解决了两个摄像机组因为某种原因，例如跟踪旋转物体时沿各自视轴方向进行共轭旋转时，两个摄像机组拍摄的图像出现高度差偏移的问题。

Description

一种视觉系统的图像处理方法及系统
技术领域
本发明属于仿生领域，涉及一种视觉系统的图像处理方法及系统。
背景技术
机器人技术整合了控制论、机械电子、仿生学和材料科学等技术，正在以前所未有的速度走向社会生活的各个领域，机器人代替人类在地面、水下以及空中进行作业是科技服务人类的典型体现。目前，在世界各国研制的机器人中，行走、手臂运动等技术已经取得了非常大的成功，而人类感知客观世界80％的信息都是通过眼睛，对机器人来说，视觉也是最为重要的感知机能之一。
目前，机器人的视觉系统一般采用摄像机实现对图像的采集，但由于机器人的运动环境和自身姿态的变化以及机体振动等问题，机器人视觉系统采用的摄像机往往具有3个自由度，即可以实现在3个方向上的自由转动，包括沿水平轴向的旋转(上下转动)、沿竖直轴向的旋转(左右转动)、以及沿视轴方向的旋转，这些旋转往往会导致摄像机采集的图像出现模糊不清的情况，在现有技术中，针对沿水平轴向的旋转和沿竖直轴向的旋转研究的较多，目前已有较为成熟的系统和方法来补偿因为这两个方向的旋转导致的图像不够清晰精确的问题。但是，针对视轴方向的旋转对摄像机图像采集的影响，目前还很少有人进行研究。当摄像机沿视轴方向旋转一定角度时，若不对摄像机进行任何操作处理，会导致摄像机采集的图像相应的旋转一定角度，出现图像不清晰的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种视觉系统的图像处理方法及系统，以解决现有技术中当摄像机沿视轴方向旋转时出现的图像不清晰的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供了一种视觉系统的图像处理方法，所述视觉系统包括中央处理器、至少两组摄像机组和采集每组摄像机组转角信号的传感器，所述每个摄像机组至少有一台摄像机，所述摄像机组将拍摄的图像传递给所述中央处理器，所述传感器将采集得到的转角信号传递给所述中央处理器，当所述两组摄像机组绕各自的视轴作共轭旋转运动时，所述中央处理器根据所述摄像机组的旋转角度对所述图像进行旋转角度的补偿处理。
进一步的，所述转角信号包括每组所述摄像机组绕其视轴方向旋转的旋转角度值或旋转速度值。
进一步的，所述每组摄像机组采集图像的时刻与所述传感器采集所述转角信号的时刻相同。
进一步的，所述补偿方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ，以摆正所述两组图像。
进一步的，所述补偿方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转速度值v，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向以v速度旋转，以稳定所述两组图像。
进一步的，所述补偿处理的方法具体包括：
所述中央处理器通过图像处理自行获取所述两组图像的旋转角度值α；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述两组图像旋转方向的反方向旋转α，以摆正所述两组图像。
进一步的，所述补偿方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器根据旋转角度值θ，对所述两组图像进行匹配运算，获取视差图。
进一步的，所述补偿处理的方法具体包括：
步骤一：通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
步骤二：所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ°，以得到补偿处理后的两组图像；
步骤三：通过所述中央处理器自行获取所述步骤二中补偿处理后的两组图像相对于摄像机旋转前的旋转角度值β，β为所述步骤二补偿处理后的两组图像与最终摆正后的两组图像之间的夹角；
步骤四：所述中央处理器将所述步骤二中补偿处理后的两组图像旋转β°，以摆正所述两组图像。
本发明还提供了一种视觉系统的图像处理系统，包括：
至少一个摄像机组，所述摄像机组能够绕其视轴作旋转运动；
传感器，采集所述摄像机组的转角信号；
中央处理器，所述中央处理器接收所述摄像机组拍摄的图像，以及所述转角信号，并根据所述转角信号对所述图像进行补偿处理。
进一步的，所述转角信号包括所述摄像机组绕其视轴方向旋转的旋转角度值或旋转速度值。
进一步的，所述摄像机组为两组，所述两组摄像机组能够绕各自的视轴作旋转运动。
进一步的，所述两组摄像机组在绕各自的视轴进行共轭旋转运动时，所述中央处理器利用共轭旋转角度得到极线偏移，并对所述图像进行处理，以摆正所述图像。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供了一种解决摄像机和被摄物体或场景在沿视轴方向相对旋转时拍摄的图像因旋转导致的不清晰的解决方案，特别是解决了两个摄像机组因为某种原因，例如跟踪旋转物体时沿各自视轴方向进行共轭旋转时，两个摄像机组拍摄的图像出现高度差偏移的问题。
附图说明
图1本发明实施例提供的一种视觉系统的图像处理方法中两组摄像机组摆正时拍摄的两组图像的示意图；
图2是本发明是实施例提供的一种视觉系统的图像处理方法中两组摄像机组共轭旋转后拍摄的两组图像的示意图；
图3是本发明是实施例提供的一种视觉系统的图像处理方法中对图2的两组摄像机组拍摄的两组图像进行补偿处理后的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种视觉系统的图像处理方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供了一种视觉系统的图像处理方法，所述视觉系统包括中央处理器、至少两组摄像机组(所述每组摄像机组至少包括一台摄像机)和采集每组摄像机组转角信号的传感器，所述摄像机组将拍摄的图像传递给所述中央处理器，所述传感器将采集得到的转角信号传递给所述中央处理器，当所述两组摄像机组绕各自的视轴作共轭旋转运动(同方向旋转，且旋转角度相同)，所述中央处理器根据所述摄像机组的旋转角度对所述图像进行旋转角度的补偿处理。
进一步的，所述转角信号包括每组所述摄像机组绕其视轴方向旋转的旋转角度值或旋转速度值。
进一步的，所述每组摄像机组采集图像的时刻与所述传感器采集所述转角信号的时刻相同。
在本实施例中，所述每组摄像机组还可以包括两台以上并排设置的摄像机，一台为广角机，另一台为望远机。通过将广角机和望远机设置在同一摄像机组中，可以实现摄像机组对目标的快速定位和高精度跟踪。
所述每组摄像机组摆正时，其摄像机感光芯片的横向像素排列方向为x轴，纵向像素排列方向为y轴，视轴方向为z轴；当摄像机组绕其视轴(z轴)方向旋转后，其坐标轴x和y相应变为x’和y’。在本实施例中，两组摄像机组摆正时，其坐标分别为xL、yL、zL和xR、yR、zR，当两组摄像机组绕各自的视轴方向旋转后，坐标轴相应变为xL’、yL’和xR’、yR’。
所述两组摄像机组摆正时，其各自拍摄的两组图像的水平方向分别为x1轴和x2轴，竖直方向分别为y1轴和y2轴；当所述两组摄像机组摆正时，所述两组图像的x1轴和x2轴是重合的。
如图2所示，所述两组摄像机组绕各自的z轴作共轭旋转运动时，其拍摄的两组图像的坐标轴相应变为x1’和x2’轴、y1’和y2’轴。当两组摄像机组因同方向的共轭旋转时，摄像机组会产生y轴方向的高低落差，此时尽管其拍摄的两组图像的相框是正立的，但相框中的所述两组图像却会相应的旋转一定角度，导致两组图像各自的x1’和x2’轴不重合，会出现在y1’或y2’轴方向的高度差h，此时，所述两组图像的旋转角度是相同的(因为其各自对应的两组摄像机组的旋转角度值相同)。
当上述两组摄像机组作同方向的共轭旋转运动时，所述补偿方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器，θ为所述两组摄像机组旋转后其各自的x’轴与x轴之间的夹角；而此时两组摄像机组的旋转角度是相同的；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ°，使所述两组图像的x1’轴和x2’轴重合，以摆正所述两组图像。
在另一实施例中，对图像的处理，除了摆正所述两组图像外，还可以通过补偿方法稳定所述两组图像，具体的，所述补偿方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转速度值v，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向以v速度旋转，以稳定所述两组图像。
本领域技术人员可以想到的是，在另一实施例中，所述补偿处理的方法具体包括：
所述中央处理器通过图像处理自行获取所述两组图像的旋转角度值α；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述两组图像旋转方向的反方向旋转α°，使两组图像的x1’轴和x2’轴重合，以摆正所述两组图像；
其中，α为所述每组图像与最终摆正后的图像之间的夹角。
同样的，在另一实施例中，可以图像处理获取两组图像快速精准的视差图，具体为：通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器根据旋转角度值θ，对所述两组图像进行匹配运算，获取视差图。
本领域技术人员可以想到一种更为精确的图像处理方法，所述补偿处理的方法具体包括：
步骤一：通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器，θ为所述两组摄像机组旋转后x’与x轴之间的夹角；
步骤二：所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ°，以得到补偿处理后的两组图像；
步骤三：通过所述中央处理器自行获取所述步骤二中补偿处理后的两组图像的旋转角度值β，β为所述补偿处理后的两组图像与最终摆正后的两组图像之间的夹角；
步骤四：所述中央处理器将所述步骤二中补偿处理后的两组图像旋转β°，使两组图像的x1’轴和x2’轴重合，以摆正所述两组图像。
本领域技术人员可以想到的是，上述技术方案中的摄像机组也可以仅为一个摄像机组，因此本发明还提供了一种视觉系统的图像处理方法，所述视觉系统包括中央处理器和至少一个摄像机组，所述摄像机组将拍摄的图像传递给所述中央处理器，当所述摄像机组绕其视轴方向旋转时(为跟随相对旋转的被摄物体或场景导致摄像机组旋转)，所述中央处理器根据所述摄像机组的旋转角度对所述图像进行旋转角度的补偿处理，以摆正所述图像。
当摄像机组为一组时，所述补偿处理的方法具体包括：
通过传感器获取所述摄像机组的旋转角度值θ’，并将其输入给所述中央处理器，θ’为所述摄像机组的旋转角度；
所述中央处理器将所述图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ’°，以摆正所述图像。该技术方案是通过测量摄像机组的旋转角度，对图像作相应的旋转角度的补偿，从而得到摆正后的图像。
相应的，在另一实施例中，所述补偿处理的方法具体包括：
所述中央处理器通过图像处理自行获取所述图像的旋转角度值α’；
所述中央处理器将所述图像沿所述图像旋转方向的反方向旋转α’°，以摆正所述图像；
其中，α’为所述图像与最终摆正后的图像之间的夹角。该技术方案，直接通过对图像的分析，得到旋转角度值，然后直接对图像进行旋转补偿，得到摆正后的图像。
综合上述两种补偿方法的优点，本领域技术人员还可以想到，所述补偿处理的方法具体包括：
步骤一：通过传感器获取所述摄像机组的旋转角度值θ’，并将其输入给所述中央处理器，θ’为所述摄像机组的旋转角度；
步骤二：所述中央处理器将所述图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ’°，以得到补偿处理后的图像；
步骤三：通过所述中央处理器自行获取所述步骤二中补偿处理后的图像的旋转角度值β’，β’为所述补偿处理后的图像与最终摆正后的图像之间的夹角；
步骤四：所述中央处理器将所述步骤二中补偿处理后的图像旋转β’°，以摆正所述图像。该技术方案，综合了前两中补偿处理方法的优点，先根据摄像机组的旋转角度对图像作快速的旋转补偿，再通过对图像进行分析后进行旋转补偿，得到更加精确的图像。
本发明还提供了一种视觉系统的图像处理系统，包括：
至少一个摄像机组，所述摄像机组能够绕其视轴作旋转运动；所述摄像机组除可绕其视轴作旋转运动外，还可以包含其他自由度的运动，例如平移运动等；
传感器，采集所述摄像机组的转角信号；
中央处理器，所述中央处理器接收所述摄像机组拍摄的图像以及所述转角信号，并根据所述转角信号对所述图像进行补偿处理。
进一步的，所述转角信号包括所述摄像机组绕其视轴方向旋转的旋转角度值或旋转速度值。
进一步的，所述摄像机组至少包括两台并排设置的摄像机，所述摄像机一台为广角机，另一台为望远机。
进一步的，所述摄像机组为两组，所述两组摄像机组能够绕各自的视轴作旋转运动。
进一步的，所述两组摄像机组在绕各自的视轴进行共轭旋转时，所述中央处理器利用共轭旋转角度得到极线偏移，并对所述图像进行处理，以摆正所述图像，达到与上述通过补偿处理摆正图像相同的匹配效果。
进一步的，所述两组摄像机组的旋转中心设在一个基盘上，所述基盘由至少一个电动机带动，能够绕所述摄像机组的视轴方向旋转，从而带动所述两个摄像机组绕其视轴作共轭的旋转运动。基盘的设置，可以使得两组摄像机组通过基盘设置的电动机实现沿视轴方向的共轭旋转运动。
进一步的，所述基盘的电动机上安装有传感器，用于测量电动机的转角信号并输入给所述中央处理器。
本发明提供了一种解决摄像机在沿视轴方向旋转时拍摄的图像因旋转导致的不清晰的解决方案，特别是解决了在仿生领域的两个摄像机组沿视轴方向进行共轭旋转时，两个摄像机组出现的高度差导致图像模糊不清和不精确的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种视觉系统的图像处理方法，其特征在于，所述视觉系统包括中央处理器、至少两组摄像机组和采集每组摄像机组转角信号的传感器，所述每个摄像机组至少有一台摄像机，所述摄像机组将拍摄的图像传递给所述中央处理器，所述传感器将采集得到的转角信号传递给所述中央处理器，当所述两组摄像机组绕各自的视轴作共轭旋转运动时，所述中央处理器根据所述摄像机组的旋转角度对所述图像进行旋转角度的补偿处理；
所述补偿处理的方法具体包括：
步骤一：通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
步骤二：所述中央处理器将所述两组摄像机组获取的两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ°，以得到补偿处理后的两组图像；
步骤三：通过所述中央处理器自行获取所述步骤二中补偿处理后的两组图像相对于摄像机旋转前的旋转角度值β，β为所述步骤二补偿处理后的两组图像与最终摆正后的两组图像之间的夹角；
步骤四：所述中央处理器将所述步骤二中补偿处理后的两组图像旋转β°，以摆正所述两组图像。
2.根据权利要求1所述的视觉系统的图像处理方法，其特征在于，所述转角信号包括每组所述摄像机组绕其视轴方向旋转的旋转角度值或旋转速度值。
3.根据权利要求1所述的视觉系统的图像处理方法，其特征在于，所述每组摄像机组采集图像的时刻与所述传感器采集所述转角信号的时刻相同。
4.根据权利要求1所述的视觉系统的图像处理方法，其特征在于，所述补偿处理的方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ，以摆正所述两组图像。
5.根据权利要求1所述的视觉系统的图像处理方法，其特征在于，所述补偿处理的方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转速度值v，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向以v速度旋转，以稳定所述两组图像。
6.根据权利要求1所述的视觉系统的图像处理方法，其特征在于，所述补偿处理的方法具体包括：
所述中央处理器通过图像处理自行获取所述两组图像的旋转角度值α；
所述中央处理器将所述两组图像沿所述两组图像旋转方向的反方向旋转α，以摆正所述两组图像。
7.根据权利要求1所述的视觉系统的图像处理方法，其特征在于，所述补偿处理的方法具体为：
通过传感器获取所述两组摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
所述中央处理器根据旋转角度值θ，对所述两组图像进行匹配运算，获取视差图。
8.一种视觉系统的图像处理系统，其特征在于，包括：
至少一个摄像机组，所述摄像机组能够绕其视轴作旋转运动；
传感器，采集所述摄像机组的转角信号；
中央处理器，所述中央处理器接收所述摄像机组拍摄的图像以及所述转角信号，并根据所述转角信号对所述图像进行补偿处理；
所述补偿处理的方法具体包括：
步骤一：通过传感器获取两组所述摄像机组的旋转角度值θ，并将其输入给所述中央处理器；
步骤二：所述中央处理器将所述两组摄像机组获取的两组图像沿所述摄像机组旋转方向的反方向旋转θ°，以得到补偿处理后的两组图像；
步骤三：通过所述中央处理器自行获取所述步骤二中补偿处理后的两组图像相对于摄像机旋转前的旋转角度值β，β为所述步骤二补偿处理后的两组图像与最终摆正后的两组图像之间的夹角；
步骤四：所述中央处理器将所述步骤二中补偿处理后的两组图像旋转β°，以摆正所述两组图像。
9.根据权利要求8所述的视觉系统的图像处理系统，其特征在于，所述转角信号包括所述摄像机组绕其视轴方向旋转的旋转角度值或旋转速度值。
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