CN110411375A - 一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法,其通过两个相同的被动式毫米波/太赫兹成像系统对同一目标分别进行成像,利用图像配准技术,获取同一目标点在两个成像系统图像中的位置信息,结合两个成像系统间的安装距离及角度信息,通过三维坐标计算公式,计算出三维坐标点,从而可获取到目标的深度信息,实现被动式毫米波/太赫兹成像系统对目标的三维成像,使得目标物体识别更为准确。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波/太赫兹成像技术领域,具体为一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法。
背景技术
现有采用的被动式成像技术的毫米波/太赫兹成像系统只能获取被成像目标的二维信息,而无法获取深度信息,因此无法对目标进行三维成像,但是仅利用二维信息进行成像时,在无法获取物体的深度(厚度)信息的情况下,很容易在物品识别时造成误判。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法,其可使被动式毫米波/太赫兹成像系统实现对目标的三维成像,提高物体识别的准确性。
其技术方案是这样的:其特征在于:
其包括以下步骤:
S1、通过两个被动式毫米波/太赫兹成像系统对同一目标分别进行成像,得到两幅图像,记为图像imgI、imgII,且所述图像imgI、imgII的图像大小均为M行N列,M为成像系统图像的总行数,N为成像系统图像的总列数;
S2、使用图像配准技术,在图像imgII中搜索出与图像imgI中(i,j)点配对的(k,1)点,其中,(i,j)代表图像imgI的第i行第j列像素点,(k,1)代表图像imgII的第k行第1列像素点,其中,i=1,2,...M,j=1,2,...N,k=1,2,...M,1=1,2,...N;
S3、所述目标的三维坐标点记为P(x,y,z),三维坐标点P(x,y,z)在两个成像系统所成图像imgI、imgII中的位置分别为(i,j)、(k,1),由(i,j)、(k,1)换算为三维坐标点P(x,y,z)在两个成像系统像面上的偏移(h1,v1)、(h2,v2)的公式,并由(h1,v1)、(h2,v2)推算三维坐标点P(x,y,z)坐标的公式如下:
其中,f为所述成像系统的光心到其像面的距离,b为两个所述成像系统光心之间的连线长度;θ为两个所述成像系统的视线方向相交的夹角;
Δx、Δy分别为所述成像系统每个像素点对应的水平方向和垂直方向的尺寸大小;
S4、对所有配对的点重复所述步骤S2和S3,计算出三维坐标点,从而实现获取目标的三维图像。
其进一步特征在于:
两个所述成像系统分为成像系统I、成像系统II,所述成像系统I、成像系统II对称倾斜设置,且所述成像系统I、成像系统II的光心O1、O2连线作为基线;所述成像系统I、成像系统II的视线方向相交的夹角θ的取值范围是0°≤θ<180°;所述成像系统I、成像系统II的光心O1、O2分别到对应像面的距离相同;
三维坐标轴的确定,是以所述基线中心为原点O,原点指向所述成像系统II的方向为X轴,与所述基线垂直方向为Z轴,根据右手系建立直角坐标系,垂直纸面向内的方向为Y轴;
所述步骤S1还包括,所述成像系统使用前,在对应的所述成像系统的光心沿光轴方向在所述成像系统上表面的投影处,通过划线或者安装辅助支架的方式作光心标记;在所述成像系统的表面通过划线方式作两处视线标记,使得两处视线标记的连线与其对应的所述成像系统的视线平行。
本发明的有益效果是,其通过两个相同的被动式毫米波/太赫兹成像系统对同一目标分别进行成像,利用图像配准技术,获取同一目标点在两个成像系统图像中的位置信息,结合两个成像系统间的安装距离及角度信息,通过三维坐标计算公式,计算出三维坐标点,从而可获取到目标的深度信息,实现被动式毫米波/太赫兹成像系统对目标的三维成像,使得目标物体识别更为准确。
附图说明
图1是本发明的成像布置示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法,其包括以下步骤:
S1、通过两个被动式毫米波/太赫兹成像系统对同一目标分别进行成像,得到两幅图像,记为图像imgI、imgII,且图像imgI、imgII的图像大小均为M行N列,M为成像系统图像的总行数,N为成像系统图像的总列数;
其中,步骤S1还包括,成像系统使用前,在对应的成像系统的光心沿光轴方向在成像系统上表面的投影处,通过划线或者安装辅助支架的方式作光心标记;在成像系统的表面通过划线方式作两处视线标记,使得两处视线标记的连线与其对应的成像系统的视线平行,既可在成像系统的上表面做视线标记,也可以在下表面做视线标记,也可以两个表面都做视线标记,而所作的视线标记一般位于设备前端及后端,如在成像系统的上表面前端、后端分别做视线标记,这两处视线标记的连线与其对应的成像系统的视线平行;成像系统的下表面以上述同样的方法进行视线标记;而上述所做的标记均是为了辅助进行基线的长度b及夹角θ的测量,优选地,进行基线的长度b的测量采用的是下表面的视线标记,夹角θ的测量可采用上表面的视线标记。
S2、使用图像配准技术,在图像imgII中搜索出与图像imgI中(i,j)点配对的(k,1)点,其中,(i,j)代表图像imgI的第i行第j列像素点,(k,l)代表图像imgII的第k行第1列像素点,其中,i=1,2,...M,j=1,2,...N,k=1,2,...M,I=1,2,...N;
其中,图像imgI中(i,j)点与图像imgII中的(k,l)点是配对的点,也就是说图像imgI中(i,j)点对应的场景点,在图像imgII中是位于(k,l)点的;
S3、目标的三维坐标点记为P(x,y,z),三维坐标点P(x,y,z)在两个成像系统所成图像imgI、imgII中的位置分别为(i,j)、(k,l),由(i,j)、(k,1)换算为三维坐标点P(x,y,z)在两个成像系统像面上的偏移(h1,v1)、(h2,v2)的公式,并由(h1,v1)、(h2,v2)推算三维坐标点P(x,y,z)坐标的公式如下:
其中,f为成像系统的光心到其像面的距离,b为两个成像系统光心之间的连线长度;θ为两个成像系统的视线方向相交的夹角;
Δx、Δy分别为成像系统每个像素点对应的水平方向和垂直方向的尺寸大小;
S4、对所有配对的点重复步骤S2和S3,计算出三维坐标点,从而实现获取目标的三维图像。
两个成像系统分为成像系统I1、成像系统II2,成像系统I1、成像系统II2对称倾斜设置,成像系统I1、成像系统II2的光心分别记为O1、O2,成像系统I1、成像系统II2的光心O1、O2连线作为基线;成像系统I1、成像系统II2的视线方向相交的夹角θ的取值范围是0°≤θ<180°;成像系统I1、成像系统II2是一样的,因此,成像系统I1、成像系统II2的光心O1、O2分别到对应像面的距离f相同。
步骤S3中,三维坐标点的三维坐标轴的确定,是以基线中心为原点O,原点O指向成像系统II2的方向为X轴,与基线垂直方向为Z轴,根据右手系建立直角坐标系,垂直纸面向内的方向为Y轴。
其中,成像系统I1、成像系统II2按照图1安装后,在第一次使用或是成像系统I1、成像系统II2位置关系发生变化时,需要对成像系统I1、成像系统II2进行标定,也就是测量基线的长度b及夹角θ,具体地,基线的长度b的测量方法是,通过米尺等长度测量工具分别直接测量成像系统I1、成像系统II2的光心标记的距离;夹角θ的测量方法是,根据成像系统上的视线标记,在地面画出或者用线标记出成像系统中心视线方向,用量角器分别测量成像系统I1、成像系统II2视线方向相交的夹角,即为θ。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法,其特征在于:
其包括以下步骤:
S1、通过两个被动式毫米波/太赫兹成像系统对同一目标分别进行成像,得到两幅图像,记为图像imgⅠ、imgⅡ,且所述图像imgⅠ、imgⅡ的图像大小均为M行N列,M为成像系统图像的总行数,N为成像系统图像的总列数;
S2、使用图像配准技术,在图像imgⅡ中搜索出与图像imgⅠ中(i,j)点配对的(k,l)点,其中,(i,j)代表图像imgⅠ的第i行第j列像素点,(k,l)代表图像imgⅡ的第k行第l列像素点,其中,i=1,2,…M,j=1,2,…N,k=1,2,…M,l=1,2,…N;
S3、所述目标的三维坐标点记为P(x,y,z),三维坐标点P(x,y,z)在两个成像系统所成图像imgI、imgII中的位置分别为(i,j)、(k,l),由(i,j)、(k,l)换算为三维坐标点P(x,y,z)在两个成像系统像面上的偏移(h1,v1)、(h2,v2)的公式,并由(h1,v1)、(h2,v2)推算三维坐标点P(x,y,z)坐标的公式如下:
其中,f为所述成像系统的光心到其像面的距离,b为两个所述成像系统光心之间的连线长度;θ为两个所述成像系统的视线方向相交的夹角;
Δx、Δy分别为所述成像系统每个像素点对应的水平方向和垂直方向的尺寸大小;
S4、对所有配对的点重复所述步骤S2和S3,计算出三维坐标点,从而实现获取目标的三维图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法,其特征在于:两个所述成像系统分为成像系统Ⅰ、成像系统Ⅱ,所述成像系统Ⅰ、成像系统Ⅱ对称倾斜设置,且所述成像系统Ⅰ、成像系统Ⅱ的光心O1、O2连线作为基线;所述成像系统Ⅰ、成像系统Ⅱ的视线方向相交的夹角θ的取值范围是0°≤θ<180°;所述成像系统Ⅰ、成像系统Ⅱ的光心O1、O2分别到对应像面的距离相同。
3.根据权利要求2所述的一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法,其特征在于:三维坐标轴的确定,是以所述基线中心为原点O,原点指向所述成像系统Ⅱ的方向为X轴,与所述基线垂直方向为Z轴,根据右手系建立直角坐标系,垂直纸面向内的方向为Y轴。
4.根据权利要求1所述的一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法,其特征在于:所述步骤S1还包括,所述成像系统使用前,在对应的所述成像系统的光心沿光轴方向在所述成像系统上表面的投影处,通过划线或者安装辅助支架的方式作光心标记;在所述成像系统的表面通过划线方式作两处视线标记,使得两处视线标记的连线与其对应的所述成像系统的视线平行。
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