CN109389648B - 一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法 - Google Patents

一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，包括以下步骤：1)首先采用双目测距设备通过视差测距法测量固定点A与目标标记点B之间的间距，并得到深度图，其中所述双目测距设备的中心点C与固定点A共面，且所述中心点C与固定点A之间的间距值固定；2)通过该双目测距设备对多种厚度的标准件进行拍摄得到测试深度图，根据所有测试深度图建立厚度值Dk与固定点A点在深度图中的坐标(ik，jk)的梯度对照表；3)再使用该双目测距设备拍摄目标并得到目标深度图，并根据建立的梯度对照表进行多次迭代得到精确的厚度值。本发明的算法可以用来减小误差，通过预先建立的标准的梯度对照表作为参照，并通过多次迭代方法获得更加精准的厚度值。

Description

一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法
技术领域
本发明属于X射线成像技术领域，具体涉及一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法。
背景技术
现有技术中常常采用双目测距设备对固定目标进行测距，并通过视差法来进行距离计算，主要流程包括相机标定、双目校正、双目匹配和计算深度信息。首先摄像头由于光学透镜的特性使得成像存在着径向畸变，可由三个参数k1,k2,k3确定；由于装配方面的误差，传感器与光学镜头之间并非完全平行，因此成像存在切向畸变，可由两个参数p1,p2确定。单个摄像头的定标主要是计算出摄像头的内参(焦距f和成像原点cX,cy、五个畸变参数(一般只需要计算出k1,k2,p1,p2，对于鱼眼镜头等径向畸变特别大的才需要计算k3))以及外参(标定物的世界坐标)。而双目摄像头定标不仅要得出每个摄像头的内部参数，还需要通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置(即右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R、平移向量t)。
而双目校正是根据摄像头定标后获得的单目内参数据(焦距、成像原点、畸变系数)和双目相对位置关系(旋转矩阵和平移向量)，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致、两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐。这样一幅图像上任意一点与其在另一幅图像上的对应点就必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜索即可匹配到对应点。而双目匹配的作用是把同一场景在左右视图上对应的像点匹配起来，这样做的目的是为了得到视差图。得到视差数据，最后通过对极几何，即可算出真实物体到左右相机光心所在平面的垂直距离图，称之为深度图。
该技术中的大部分计算过程和数据处理过程可直接通过opencv软件来实现，而该技术现在主要还是运用在一些特定场景中。在一些使用场景下，该设备是用来辅助测量其他设备的间距值从而辅助其他设备调整间距正常运行。这种使用场景一般是将双目测距设备单独设置在其他设备一侧且所述的双目测距设备需要与被测固定端点共面，从而检测目标点所在平面与被测固定端点之间的垂直距离。但这种使用场景下，通常所述双目测距设备一般是检测该双目测距设备中心点在深度图中垂直投影的点的深度信息，虽然双目测距设备的中心点与被测固定端点共面的，但双目测距设备的中心点与被测固定端点之间具有一定间距，导致两个端点在同一深度图中垂直对应的点的坐标不一致，从而导致其深度信息不一致，存在误差。
发明内容
为了解决现有技术中采用双目测距设备辅助测距时因与被测固定端点之间存在一定间距则无法准确测量被测端点到目标点之间的间距信息，本发明提供一种能够通过数据迭代的方法减小测量数据误差的方法。
本发明所采用的技术方案为：一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，包括以下步骤：
S1.首先采用双目测距设备通过视差测距法测量固定点A与目标标记点B之间的间距，并得到深度图，其中所述双目测距设备的中心点C与固定点A共面，且所述中心点C与固定点A之间的间距值固定；
S2.通过该双目测距设备对多种厚度的标准件进行拍摄得到测试深度图，根据所有测试深度图建立厚度值Dk与固定点A点在深度图中的坐标(ik，jk)的梯度对照表；
S3.再使用该双目测距设备拍摄目标并得到目标深度图，以固定点A在厚度值Dk为0时在深度图中的对应的坐标(i0，j0)作为起始点，并根据建立的梯度对照表进行多次迭代得到精确的厚度值。
本方法运用在所述的双目测距设备测距中并能够通过有效的迭代算法来减小误差，整个双目测距设备的测距原理如下：所述双目测距设备是一种可以获取深度信息的装置，该装置有左右两个摄像头，通过精准的标定校准，可以得出两个摄像头的焦距，畸变系数等，称之为内参数，以及两个摄像头之间的相对旋转，位移等，称之为外参数。经过畸变修正，旋转镜头等矫正过程，最终两个摄像头的图像画面在同一个平面上，且消除径向畸变使得其画面为标准矩形。左右两个相机拍摄同一物体，得出左右两幅图像，由于两个相机之间有位置差异，得出的两幅图像会有细微差异，在经过匹配后，可将左右图像中关于真实物体的同一点一一对应从而得到一副新的图像，该图像中的每个像素的值表示左画面中的点到右画面中对应点的距离，该距离被称为视差，这个新图像称为视差图。视差图与之前获得的相机内参数一起，通过对极几何，即可算出真实物体到左右相机光心所在平面的垂直距离图，称之为深度图。
也就是说，通过所述的双目测距设备可获得深度图中的所有像素到双目测距设备的镜头所在平面之间的垂直距离。根据该原理，本方法为了解决因双目测距设备与被测固定点A之间的间距而造成的点位飘逸误差，从而通过多次迭代算法来找到靠近目标点的近似点在深度图中的坐标，且因为被测目标点周围高度变化平缓，故该近似点在深度图中的对应厚度值即为优化后的精确厚度值。值得说明的是，所述的厚度值即为深度图中每个像素点对应的距离信息，即该像素点到所述双目测距设备镜头所在平面之间的垂直距离。而多次迭代的基础，就是根据在测试前通过对多种不同厚度的标准件拍摄得到多张深度图，从而得到不同厚度时固定点A在深度图中对应的目标点坐标及对应的深度值的关系列表。
值得说明的是，首先测试和实际检测时所用均为同样的设备，且双目测距设备的中心与固定点A之间的间距为恒定值，从而使建立的梯度对照表具有参考意义。
其中，所述的双目测距设备是一种双摄像头设备，内部设有处理器和存储器，并预设有计算算法，拍摄可直接得到深度图。而所述中心点C即为两个共面的摄像头镜头圆心的连线的中点。
进一步的，所述步骤S3的具体步骤如下：
(3.1)首先在目标厚度值为0时确定固定点A在目标所在的深度图上的对应的坐标(i0，j0)，所述坐标(i0，j0)即为固定点A在背景板面上的投影点；
(3.2)获取该坐标(i0，j0)在目标深度图找到对应的厚度值D1，
(3.2)再根据厚度值D1在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i1，j1)，此时记为一次迭代；
(3.3)再在深度图中找到坐标(i1，j1)对应的厚度值D2；
(3.4)然后根据厚度值D2在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i2，j2)，此时记为二次迭代；
(3.5)重复上述迭代方法，直到当所述Dn与Dn-1对应的坐标间距小于预设误差值时将Dn作为精确厚度值，此时记为n次迭代。其中n为自然数。
进一步的，所述步骤S2的具体步骤如下：
(2.1)首先准备多个底面半径相等但厚度等值变化的正圆柱体作为标准件；
(2.2)将每个正圆柱体以任一圆形面为底固定在相同位置，采用双目测距设备对每个正圆柱体拍摄深度图，且所述正圆柱体的上侧圆形面圆心与所述固定点A的连线垂直于所述双目测距设备的两个摄像头所在平面；
(2.3)在每个正圆柱体的深度图中找到其上侧圆形面圆心点坐标，并获取每个圆心点坐标在深度图中对应的厚度值，从而建立不同厚度下对应的圆心点坐标的梯度对照表。
这里限定了梯度对照表的建立方法，首先采用相同的测距设备，并且固定其中心点C到固定点A之间的间距，且所述双目测距设备的两个摄像头与固定点A共面。
然后准备的多个正圆柱体，所述正圆柱体为一种均匀的标准主体结构，每个正圆柱体的材质和两个圆形面的半径均相同，但厚度值(即为高度值)按照等差数列进行排列，从厚度值为0依次递增，然后获取每个厚度值的固定点A在深度图中对应的目标点的坐标和深度值。这里所采用的正圆柱体的厚度差值控制在一定范围内，该差值是根据实际需求来确定，即为所述梯度对照表的梯度值。而厚度值的范围同样根据被测目标的厚度来定，一般梯度对照表中最大厚度值大于被测的所有目标的厚度值。
而在对每个正圆柱体进行拍摄时，将每个正圆柱体固定在与双目测距设备所在平面平行的背景板面上，然后移动正圆柱体使得所述固定点A的竖直投影正好落在正圆柱体的上表面圆心位置，再开始拍摄，且之后每个正圆柱体均固定在相同位置，并在每个上表面圆心位置做好标记，则拍摄得到的深度图中能够自动识别该点信息并提取，从而提高效率。因为双目测距设备的中心点与固定点A之间存在间隙，故双目测距设备正常拍摄得到的深度图中无法选取图中的中心点作为目标点，也无法确认固定点A在图中对应的目标标记点的坐标，故通过该梯度对照变能够预先测到在该双目测距设备与固定点A之间的间距值时不同厚度的测试深度图中对应的标准目标标记点的坐标位置，从而便于后续实际检测中的坐标迭代趋近。
值得说明的是，所述正圆柱体只是一种标准件，所述标准件包含到不限于所有正多棱柱，且只要固定在背景板面上时其上表面为平面且与双目测距设备所在平面平行，同时与背景板面平行即可。
进一步的，所述(i0，j0)、(i1，j1)、(i2，j2)…(ik，jk)在所述固定目标的背景板面上的投影共线。
进一步的，所述固定点A为X光成像设备的束光器的十字中心。
进一步的，所述测量得到的精确厚度值用于X光成像设备对目标进行X光照射成像的曝光参数确定参考值。这里将本发明的方法应用在X光成像设备的厚度测量中，因为X光成像设备在调节照射剂量时需要根据实际被照射物体的标记点厚度值来作为参考，从而根据操作人员的经验来调整工作管电压和电流积这两个参数，从而获取到最佳的照射影像，同时又能够避免剂量超标的问题。而在进行X光检查时，同样也是将目标固定在可移动的活动板上，并移动活动板使得目标标记点与束光器的十字投影的中心点对齐，从而开始测距。可将所述双目测距设备固定在束光器一侧或者集成在束光器内，且所述双目测距设备的摄像头镜头表面与束光器的X摄像发射端面共面。而这里的双目测距设备主要是通过计算X光成像模块的X光发生端到照射对象表面之间的间距。此时照射对象底部贴合在平板上，而束光器到平板之间的间距为固定值：D1。而束光器到照射对象的十字靶心投影点之间的间距为D2，测量点的真正厚度值为H，既得到计算公式：H＝D1-D2。
也就是说，所述的双目测距设备主要是测量束光器到照射对象标记点之间的间距，再将实时检测到的间距值发送到计算单元中通过上述公式进行计算得到真正厚度值。
本发明中所述的厚度值即为目标与束光器之间的间距，而这里应用在X光成像设备中时通过该厚度值间接计算出目标物体的真正厚度值。
进一步的，所述双目测距设备设置在X光成像设备的束光器内。
进一步的，所述Dn中n为不大于2的自然数，即迭代次数不超过两次。
进一步的，所述双目测距设备中心点C与束光器之间的间距小于1cm。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的算法可以用来减小采用双目测距设备进行辅助测距时，因所述双目测距设备与需要测距的两个端点之间的任一点共面并具有一定间距而导致无法精确获取测量点之间的间距数据而产生的误差，通过预先建立的标准的梯度对照表作为参照，并通过实际获取的深度图来多次对照表找点从而获取到接近标准目标点的坐标数据，并通过预设的误差值控制精度，从而获得更加精准的厚度值。
(2)本发明可应用在X光成像系统中，无需加入其他步骤，既能够使体型测量与原本的曝光流程完美融合，相较于现有的通过测量多块位于探测器不同方位的电离室对X-射线的吸收量，来“告知”高压发生器是否需要继续供能的方法，本发明效率较高，且制造和使用成本较低；且本发明可测量深度信息功能的部件相对廉价且便于维护，而且本发明对深度信息获取速度非常快，而且精度高，通过嵌入处理器的算法，可进一步剔除异常测量值并提升精度。
附图说明
图1是本发明进行测试时的示意图；
图2是本发明进行实际测量时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
现有的双目测距设备是一种对称设置且镜头均处在同一平面上的双摄像头模块，通过该模块拍摄图片并通过视差算法计算得到拍摄图片上的每个像素点到镜头所在平面之间的垂直间距。但在双目测距设备外部存在一个固定点A，该固定点A与两个镜头共面，但该固定点A与两个镜头中心点连线的中点具有一定的间距，如果需要测量该固定点A在该双目测距设备拍摄得到的深度图中对应的垂直投影点的坐标和对应的距离值时，则无法获取到准确的距离值。
一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，包括以下步骤：
一、首先采用双目测距设备通过视差测距法测量固定点A与目标标记点B之间的间距，并得到深度图，其中所述双目测距设备的中心点C与固定点A共面，且所述中心点C与固定点A之间的间距值固定。
其中双目测距设备可获得深度图中的所有像素到双目测距设备的镜头所在平面之间的垂直距离。根据该原理，本方法为了解决因双目测距设备与被测固定点A之间的间距而造成的点位飘逸误差，从而通过多次迭代算法来找到靠近目标点的近似点在深度图中的坐标，且因为被测目标点周围高度变化平缓，故该近似点在深度图中的对应厚度值即为优化后的精确厚度值。
二、如图1所示，通过该双目测距设备对多种厚度的标准件进行拍摄得到测试深度图，所述标准件为多个底面半径相等但厚度等值变化的正圆柱体作为标准件；将每个正圆柱体以任一圆形面为底固定在相同位置，采用双目测距设备对每个正圆柱体拍摄深度图，且所述正圆柱体的上侧圆形面圆心与所述固定点A的连线垂直于所述双目测距设备的两个摄像头所在平面。在每个正圆柱体的深度图中找到其上侧圆形面圆心点坐标，并获取每个圆心点坐标在深度图中对应的厚度值，从而建立不同厚度下对应的圆心点坐标的梯度对照表。
三、如图2所示，再使用该双目测距设备拍摄目标并得到目标深度图，在目标厚度值为0时确定固定点A在目标所在的深度图上的对应的坐标(i0，j0)，所述坐标(i0，j0)即为固定点A在背景板面上的投影点。获取该坐标(i0，j0)在目标深度图找到对应的厚度值D1；再根据厚度值D1在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i1，j1)，此时记为一次迭代。再在深度图中找到坐标(i1，j1)对应的厚度值D2；然后根据厚度值D2在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i2，j2)，此时记为二次迭代；重复上述迭代方法，直到当所述Dn与Dn-1对应的坐标间距小于预设误差值时将Dn作为精确厚度值，此时记为n次迭代。其中n为自然数。
实施例2：
本实施例是上述实施例1的方法应用在X光成像设备中用来获取目标物的精准厚度值从而调节曝光参数进行精确X射线成像的应用。所述X光成像设备包括可移动的滑动板、控制电路、高压发生器、X光球管、束光器和设置在滑动板下部的平板探测器，所述控制电路控制高压发生器给X光球管提供电能，使得X光球管发出X射线，所述X射线通过束光器调节能够在一定范围内精准照射，最后X射线穿过人体并被平板探测器接受进行数字成像。而所述用来实施检测厚度的设备即为双目测距设备，所述双目测距设备设置在束光器一侧。而具体的厚度误差优化方法包括以下步骤：
一、首先采用双目测距设备通过视差测距法测量束光器十字中心点A与患者标记点B之间的间距，并得到深度图，其中所述双目测距设备的中心点C与束光器十字中心点A共面，且所述中心点C与束光器十字中心点A之间的间距值固定。
二、通过该双目测距设备对多种厚度的标准件进行拍摄得到测试深度图，所述标准件为多个底面半径相等但厚度等值变化的正圆柱体作为标准件；将每个正圆柱体以任一圆形面为底固定在相同位置，采用双目测距设备对每个正圆柱体拍摄深度图，且所述正圆柱体的上侧圆形面圆心与所述束光器十字中心点A的连线垂直于所述双目测距设备的两个摄像头所在平面。在每个正圆柱体的深度图中找到其上侧圆形面圆心点坐标，并获取每个圆心点坐标在深度图中对应的厚度值，从而建立不同厚度下对应的圆心点坐标的梯度对照表。
三、再使用该双目测距设备拍摄目标并得到目标深度图，在目标厚度值为0时确定束光器十字中心点A在目标所在的深度图上的对应的坐标(i0，j0)，所述坐标(i0，j0)即为束光器十字中心点A在背景板面上的投影点。获取该坐标(i0，j0)在目标深度图找到对应的厚度值D1；再根据厚度值D1在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i1，j1)，此时记为一次迭代。再在深度图中找到坐标(i1，j1)对应的厚度值D2；然后根据厚度值D2在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i2，j2)，此时记为二次迭代；重复上述迭代方法，直到当所述Dn与Dn-1对应的坐标间距小于预设误差值时将Dn作为精确厚度值，此时记为n次迭代。其中n为自然数。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (6)

1.一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.首先采用双目测距设备通过视差测距法测量固定点A与目标标记点B之间的间距，并得到深度图，其中所述双目测距设备的中心点C与固定点A共面，且所述中心点C与固定点A之间的间距值固定；
S2.通过该双目测距设备对多种厚度的标准件进行拍摄得到测试深度图，根据所有测试深度图建立厚度值Dk与固定点A点在深度图中的坐标(ik，jk)的梯度对照表；
S3.再使用该双目测距设备拍摄目标并得到目标深度图，以固定点A在厚度值Dk为0时在深度图中的对应的坐标(i0，j0)作为起始点，并根据建立的梯度对照表进行多次迭代得到精确的厚度值；
所述步骤S3的具体步骤如下：
(3.1)首先在目标厚度值为0时确定固定点A在目标所在的深度图上的对应的坐标(i0，j0)，所述坐标(i0，j0)即为固定点A在背景板面上的投影点；
(3.2)获取该坐标(i0，j0)在目标深度图找到对应的厚度值D1，
(3.3)再根据厚度值D1在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i1，j1)，此时记为一次迭代；
(3.4)在深度图中找出最新找到的坐标(in-1，jn-1)对应的厚度值Dn，然后根据最新找到的厚度值Dn在梯度对照表中找到对应的目标坐标点(in，jn)，此时记为n次迭代；
(3.5)当Dn与Dn-1对应的坐标间距小于预设误差值时将Dn作为精确厚度值，所述n为大于1的自然数；
所述步骤S2的具体步骤如下：
(2.1)首先准备多个底面半径相等但厚度等值变化的正圆柱体作为标准件；
(2.2)将每个正圆柱体以任一圆形面为底固定在相同位置，采用双目测距设备对每个正圆柱体拍摄深度图，且所述正圆柱体的上侧圆形面圆心与所述固定点A的连线垂直于所述双目测距设备的两个摄像头所在平面；
(2.3)在每个正圆柱体的深度图中找到其上侧圆形面圆心点坐标，并获取每个圆心点坐标在深度图中对应的厚度值，从而建立不同厚度下对应的圆心点坐标的梯度对照表。
2.根据权利要求1所述的一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，其特征在于：所述固定点A为X光成像设备的束光器的十字中心。
3.根据权利要求2所述的一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，其特征在于：所述测量得到的精确厚度值用于X光成像设备对目标进行X光照射成像的曝光参数确定参考值。
4.根据权利要求2所述的一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，其特征在于：所述双目测距设备设置在X光成像设备的束光器内。
5.根据权利要求1所述的一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，其特征在于：所述Dn中n为不大于2的自然数，即迭代次数不超过两次。
6.根据权利要求2所述的一种通过数据迭代减小测量数据误差的方法，其特征在于：所述双目测距设备中心点C与束光器之间的间距小于1cm。
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