CN110375709A - 一种超大视场红外双目立体视觉观察系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大视场红外双目立体视觉观察系统，由红外体视成像单元、视频图像采集与处理单元和视频图像输出显示单元组成；所述红外体视成像单元包括探测器固定结构单元、红外双目视觉单元和双目系统三维调整单元；所述探测器固定结构单元固定于双目系统三维调整单元上方；所述红外双目视觉单元活动安装于探测器固定结构单元上；所述红外双目视觉单元和视频图像输出显示单元分别与视频图像采集与处理单元其输入、输出端电连接；本发明的超大视场红外双目立体视觉观察系统，能够克服单通道长波红外图像立体缺乏体视感的缺陷，双目基线距离可在一定范围内进行调整，体视灵敏阈较大，整个系统的水平和垂直角度可进行大范围调节。

Description

一种超大视场红外双目立体视觉观察系统

技术领域

本发明涉及一种超大视场红外双目立体视觉观察系统，属于监控和辅助车辆驾驶技术领域。

背景技术

人眼观察外界物体时候，不仅能知道物体的大小、形状、颜色以外，还能够产生远近的感觉以及分辨不同的空间相对位置，这种对物体在空间位置分布的感觉即为立体视觉；对于单通道图像，人眼主要是通过对场景的理解以及成像物相互遮挡判断障碍物距离，相比单通道，人眼双目能够利用物体对眼睛张角的大小估计它的远近，更具有真实感觉。因此人眼立体视觉在3D电影、虚拟显示技术中得到了广泛应用。

红外热像仪具有对热目标敏感以及穿透烟雾能力强的优点，随着雾霾天气高强度、长时间的频发，红外热像仪在军事和安全领域得到了广泛应用；同时，与可见光图像相比，红外图像没有阴影效果且分辨率较低，导致人眼判断物体距离更为困难，实现红外双目立体视觉具有重要意义。

本发明的超大视场红外双目立体视觉观察系统克服了传统单通道红外热像仪体视感差缺点，同时，超大视场能够实现大空域的立体视觉。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种超大视场红外双目立体视觉观察系统，解决传统单通道红外热像仪在使用过程中缺乏体视效果的问题，用于人眼对图像中目标距离信息的获取，将该装置应用于监控和辅助驾驶领域，提高人眼对目标位置准确判断的概率和速度，从而对目标做出准确、快速地反应。

本发明的超大视场红外双目立体视觉观察系统，由红外体视成像单元、视频图像采集与处理单元和视频图像输出显示单元组成；所述红外体视成像单元包括探测器固定结构单元、红外双目视觉单元和双目系统三维调整单元；所述探测器固定结构单元固定于双目系统三维调整单元上方；所述红外双目视觉单元活动安装于探测器固定结构单元上；所述红外双目视觉单元和视频图像输出显示单元分别与视频图像采集与处理单元其输入、输出端电连接；

所述探测器固定结构单元包括固定杆，及分别安装于固定杆两端的两底座；所述底座与固定杆采用燕尾槽方式连接，且底座与固定杆通过螺钉锁死固定，底座能够在固定杆中心处附近到一端之间滑动，用以确保左、右视觉模块光轴与固定杆垂直，并通过两底座在固定杆左、右两边滑动，以调整左、右视觉模块间距；

所述红外双目视觉单元由左视觉模块和右视觉模块构成；所述左视觉模块和右视觉模块由参数结构完全相同的长波红外镜头和长波红外探测器构成；所述长波红外镜头安装于长波红外探测器前侧；所述左视觉模块和右视觉模块分别通过底座安装于固定杆两侧，且与固定杆中心处对称，以提高系统的平衡性；所述左视觉模块和右视觉模块其光轴平行，且与固定杆垂直，左视觉模块和右视觉模块的视场存在一定区域的重叠，精确参数由相机标定得到，模拟人眼立体视觉原理，对对应视点目标场景进行长波红外成像，双目相机镜头视场大于120°，使视差图像具有良好的体视灵敏阈；镜头采用小尺寸，以减小左、右视觉模块的可调最小间距；长波红外探测器能够进行高分辨率成像，且单个像元尺寸小；

所述双目系统三维调整单元包括三脚架，及活动安装于三脚架顶部的球体，及固定于球体上端的连接杆；所述连接杆其另一端连接至固定杆其中心处，可以通过球轴调整红外双目视差图像获取系统与大地坐标系的水平和垂直夹角，从而获得不同视点、不同角度长波红外图像；

所述视频图像采集与处理单元由图像采集单元和图像处理单元组成，视频图像采集与处理单元能够对红外图像进行均匀性校正以及阵列平移等操作；所述左视觉模块和右视觉模块的长波红外探测器分别经图像采集单元与图像处理单元电连接，将红外双目视觉单元产生的两路视频信号经图像采集单元采集生成左、右视差图像，传输到图像处理单元，对红外图像进行均匀性校正、去噪等处理，并对两幅视差图像进行配准，确定某一距离为零视差点，计算这一距离的视差值，将右视差图像阵列整体向左平移视差值大小；将处理完毕后的左、右视差图像采取左、右放置方式拼接；

所述视频图像输出显示单元包括图像显示模块和立体视觉眼镜；所述图像显示模块其输入端与图像处理单元电连接，其输出端与立体视觉眼镜电连接，图像处理模块经过数据线将拼接图像输出到高分辨率的图像显示模块，并通过立体视觉眼镜(虚拟现实眼镜)观察，使左眼只能观察到左视图像，右眼只能观察到右视图像，经过人脑合成产生体视感。

作为优选的实施方案，所述左视觉模块和右视觉模块其凝视视场角100°×80°。

进一步地，两所述底座其上端面分别与左视觉模块和右视觉模块固定连接；所述底座其下端面设有燕尾槽结构；所述固定杆中央开设有燕尾槽导轨；所述底座与固定杆滑动连接。

进一步地，所述底座底部，位于固定杆前后侧分别设有四个上顶螺丝；所述上顶螺丝其上端穿过底座，且与长波红外探测器其下端面接触，通过上顶螺丝的不同旋转圈数对长波红外探测器俯仰角度进行调整。

进一步地，所述球体其下部置于三脚架的半球衣中，用于调整连接杆与地面夹角。

进一步地，所述图像处理单元包括能对左视觉模块采集图像进行平移像素的处理的图像阵列平移模块，其中，图像阵列平移模块的操作方法为现有技术，在此不再详述其具体操作方法及其工作原理。

再进一步地，所述图像阵列平移模块其平移像素的量为一定距离上左、右视觉模块采集图像的视差值，用于在这一距离上产生零视差，小于这一距离产生负视差，大于这一距离产生正视差。

进一步地，所述系统其操作方法包括以下步骤：

步骤一，滑动左、右两侧的左视觉模块和右视觉模块，并调整双目系统三维调整单元，在左、右视觉模块成像视场中搜寻需要进行体视成像的目标区域，通过调整基线距离的方式使这一区域在两个长波红外镜头的视场中重叠；

步骤二，通过调整安装长波红外探测器的底座对左、右视觉模块的垂直角度进行微调，通过畸变校正、极线校正的方法，使左、右两侧的长波红外镜头的视场中目标区域不产生垂直方向视差；

步骤三，将两路视频信号经图像采集单元采集生成左、右视差图像，传输到图像处理单元，对红外图像进行均匀性校正、去噪等处理，并通过图像处理单元的图像阵列平移模块对两幅视差图像进行配准，确定某一距离为零视差点，计算这一距离的视差值，将右视差图像阵列整体向左平移视差值大小；将处理完毕后的左、右视差图像采取左、右放置方式拼接；

步骤四，将拼接图像输出到高分辨率的图像显示模块，并通过立体视觉眼镜观察，使左眼只能观察到左视图像，右眼只能观察到右视图像，经过人脑合成产生体视感。

本发明与现有技术相比较，本发明的超大视场红外双目立体视觉观察系统，采用超大视场红外双目结构获取超大空域视差图像；系统中底座采用四枚上顶螺丝和燕尾槽滑动的设计，能够实现长波红外探测器光轴的微调整和双目间距的调整，具有结构简单的特点；获取的视差图像通过立体显示技术显示增强了红外图像的体视感，避免了单通道红外图像立体感差和严重不符合人眼视觉习惯的问题，提高人眼对目标位置准确判断的概率和速度，从而对目标做出准确、快速地反应。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意框图。

图2是本发明的红外体视成像单元结构示意图。

附图中各部件标注为：A-左视觉模块，B-右视觉模块，1-左侧的长波红外探测器，2-左侧的长波红外镜头，3-右侧的长波红外探测器，4-右侧长波红外镜头，5-固定杆，6-连接杆，7-球体，8-底座，9-上顶螺丝，10-燕尾槽导轨。

具体实施方式

如图1和图2所示的超大视场红外双目立体视觉观察系统，由红外体视成像单元、视频图像采集与处理单元和视频图像输出显示单元组成；所述红外体视成像单元包括探测器固定结构单元、红外双目视觉单元和双目系统三维调整单元；所述探测器固定结构单元固定于双目系统三维调整单元上方；所述红外双目视觉单元活动安装于探测器固定结构单元上；所述红外双目视觉单元和视频图像输出显示单元分别与视频图像采集与处理单元其输入、输出端电连接；

所述探测器固定结构单元包括固定杆5，及分别安装于固定杆5两端的两底座8；所述底座8与固定杆5采用燕尾槽方式连接，且底座8与固定杆5通过螺钉锁死固定；

所述红外双目视觉单元由左视觉模块A和右视觉模块B构成；所述左视觉模块A和右视觉模块B由参数结构完全相同的长波红外镜头2、4和长波红外探测器1、3构成；所述长波红外镜头2、4安装于长波红外探测器1、3前侧；所述左视觉模块A和右视觉模块B分别通过底座8安装于固定杆5两侧，且与固定杆5中心处对称；所述左视觉模块A和右视觉模块B其光轴平行，且与固定杆5垂直；

所述双目系统三维调整单元包括三脚架(未图示)，及活动安装于三脚架顶部的球体7，及固定于球体7上端的连接杆6；所述连接杆6其另一端连接至固定杆5其中心处；

所述视频图像采集与处理单元由图像采集单元和图像处理单元组成；所述左视觉模块A和右视觉模块B的长波红外探测器1、3分别经图像采集单元与图像处理单元电连接；

所述视频图像输出显示单元包括图像显示模块和立体视觉眼镜；所述图像显示模块其输入端与图像处理单元电连接，其输出端与立体视觉眼镜电连接。

所述左视觉模块A和右视觉模块B其凝视视场角100°×80°。

两所述底座8其上端面分别与左视觉模块A和右视觉模块B固定连接；所述底座8其下端面设有燕尾槽结构(未图示)；所述固定杆5中央开设有燕尾槽导轨10；所述底座8与固定杆5滑动连接。

所述底座8底部，位于固定杆5前后侧分别设有四个上顶螺丝9；所述上顶螺丝9其上端穿过底座，且与长波红外探测器1、3其下端面接触。

所述球体7其下部置于三脚架(未图示)的半球衣中。

所述图像处理单元包括能对左视觉模块采集图像进行平移像素的处理的图像阵列平移模块。

所述图像阵列平移模块其平移像素的量为一定距离上左、右视觉模块采集图像的视差值，用于在这一距离上产生零视差，小于这一距离产生负视差，大于这一距离产生正视差。

所述系统其操作方法包括以下步骤：

步骤一，滑动左、右两侧的左视觉模块A和右视觉模块B，并调整双目系统三维调整单元，在左、右视觉模A、B块成像视场中搜寻需要进行体视成像的目标区域，通过调整基线距离的方式使这一区域在两个长波红外镜头2、4的视场中重叠；

步骤二，通过调整安装长波红外探测器1、3的底座8对左、右视觉模块A、B的垂直角度进行微调，通过畸变校正、极线校正的方法，使左、右两侧的长波红外镜头2、4的视场中目标区域不产生垂直方向视差；

步骤三，将两路视频信号经图像采集单元采集生成左、右视差图像，传输到图像处理单元，对红外图像进行均匀性校正、去噪等处理，并通过图像处理单元的图像阵列平移模块对两幅视差图像进行配准，确定某一距离为零视差点，计算这一距离的视差值，将右视差图像阵列整体向左平移视差值大小；将处理完毕后的左、右视差图像采取左、右放置方式拼接；

步骤四，将拼接图像输出到高分辨率的图像显示模块，并通过立体视觉眼镜观察，使左眼只能观察到左视图像，右眼只能观察到右视图像，经过人脑合成产生体视感。

本发明的超大视场红外双目立体视觉观察系统，解决传统单通道红外热像仪在使用过程中缺乏体视效果的问题，用于人眼对图像中目标距离信息的获取，将该装置应用于监控和辅助驾驶领域，提高人眼对目标位置准确判断的概率和速度，从而对目标做出准确、快速地反应；采用超大视场红外双目结构获取超大空域视差图像；系统中底座采用四枚上顶螺丝和燕尾槽滑动的设计，能够实现长波红外探测器光轴的微调整和双目间距的调整，具有结构简单的特点；获取的视差图像通过立体显示技术显示增强了红外图像的体视感，避免了单通道红外图像立体感差和严重不符合人眼视觉习惯的问题，提高人眼对目标位置准确判断的概率和速度，从而对目标做出准确、快速地反应。

上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，由红外体视成像单元、视频图像采集与处理单元和视频图像输出显示单元组成；所述红外体视成像单元包括探测器固定结构单元、红外双目视觉单元和双目系统三维调整单元；所述探测器固定结构单元固定于双目系统三维调整单元上方；所述红外双目视觉单元活动安装于探测器固定结构单元上；所述红外双目视觉单元和视频图像输出显示单元分别与视频图像采集与处理单元其输入、输出端电连接；

所述探测器固定结构单元包括固定杆，及分别安装于固定杆两端的两底座；所述底座与固定杆采用燕尾槽方式连接，且底座与固定杆通过螺钉锁死固定；

所述红外双目视觉单元由左视觉模块和右视觉模块构成；所述左视觉模块和右视觉模块由参数结构完全相同的长波红外镜头和长波红外探测器构成；所述长波红外镜头安装于长波红外探测器前侧；所述左视觉模块和右视觉模块分别通过底座安装于固定杆两侧，且与固定杆中心处对称；所述左视觉模块和右视觉模块其光轴平行，且与固定杆垂直；

所述双目系统三维调整单元包括三脚架，及活动安装于三脚架顶部的球体，及固定于球体上端的连接杆；所述连接杆其另一端连接至固定杆其中心处；

所述视频图像采集与处理单元由图像采集单元和图像处理单元组成；所述左视觉模块和右视觉模块的长波红外探测器分别经图像采集单元与图像处理单元电连接；

所述视频图像输出显示单元包括图像显示模块和立体视觉眼镜；所述图像显示模块其输入端与图像处理单元电连接，其输出端与立体视觉眼镜电连接。

2.根据权利要求1所述的超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，所述左视觉模块和右视觉模块其凝视视场角≥100°×80°。

3.根据权利要求1所述的超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，两所述底座其上端面分别与左视觉模块和右视觉模块固定连接；所述底座其下端面设有燕尾槽结构；所述固定杆中央开设有燕尾槽导轨；所述底座与固定杆滑动连接。

4.根据权利要求1或3所述的超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，所述底座底部，位于固定杆前后侧分别设有四个上顶螺丝；所述上顶螺丝其上端穿过底座，且与长波红外探测器其下端面接触。

5.根据权利要求1所述的超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，所述球体其下部置于三脚架的半球衣中。

6.根据权利要求1所述的超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，所述图像处理单元包括能对左视觉模块采集图像进行平移像素的处理的图像阵列平移模块。

7.根据权利要求6所述的超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，所述图像阵列平移模块其平移像素的量为一定距离上左、右视觉模块采集图像的视差值，用于在这一距离上产生零视差，小于这一距离产生负视差，大于这一距离产生正视差。

8.根据权利要求1所述的超大视场红外双目立体视觉观察系统，其特征在于，所述系统其操作方法包括以下步骤：

步骤一，滑动左、右两侧的左视觉模块和右视觉模块，并调整双目系统三维调整单元，在左、右视觉模块成像视场中搜寻需要进行体视成像的目标区域，通过调整基线距离的方式使这一区域在两个长波红外镜头的视场中重叠；

步骤二，通过调整安装长波红外探测器的底座对左、右视觉模块的垂直角度进行微调，通过畸变校正、极线校正的方法，使左、右两侧的长波红外镜头的视场中目标区域不产生垂直方向视差；

步骤三，将两路视频信号经图像采集单元采集生成左、右视差图像，传输到图像处理单元，对红外图像进行均匀性校正、去噪等处理，并通过图像处理单元的图像阵列平移模块对两幅视差图像进行配准，确定某一距离为零视差点，计算这一距离的视差值，将右视差图像阵列整体向左平移视差值大小；将处理完毕后的左、右视差图像采取左、右放置方式拼接；

步骤四，将拼接图像输出到高分辨率的图像显示模块，并通过立体视觉眼镜观察，使左眼只能观察到左视图像，右眼只能观察到右视图像，经过人脑合成产生体视感。