CN110505467B - 一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组及其立体匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组及其立体匹配方法，所述双目摄像头模组包括双目图像特征匹配模块；双目摄像头模组的两个摄像头的间距可调；两个摄像头上均设有滤镜自适应匹配模块；所述滤镜自适应匹配模块包括设有偏振滤镜的旋转模块；所述偏振滤镜位于摄像头的进光端处；滤镜自适应匹配模块的偏振滤镜均可在旋转模块驱动下独立旋转；本发明可在双目立体视觉应用领域通过利用偏振滤镜来抑制噪声改善图像立体匹配的摄像头模组。
Description
技术领域
本发明涉及摄像头技术领域，尤其是一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组及其立体匹配方法。
背景技术
一幅图像如果曝光过度则会隐藏很多重要的信息；出现阴影则会引起边缘误判；图像不均匀则会导致阈值选择困难。
由于偏振光的影响图像会出现杂乱的眃光，重光，物体反光。在工业领域往往采用高分辨率的摄像头来检测检测的划痕裂痕等，但是对于光滑工件表面缺乏纹理特征，且受镜面反射影响无法得到稳定的特征。
根据透视成像原理可知通过单张图像的信息是不能获得目标点对应的空间三维坐标信息的，而双目立体视觉可以通过图像对中获取匹配目标点在场景空间的深度信息，从而再现物体在场景中的位置关系。计算机在处理来自左右相机的相同场景的图像对时，并不知道空间中同一点在左右图像中的具体投影，需要依赖约束条件构建相似性评价标准进行逆向求解，根据左右图像中的同一点之间的相似性最大这一原则，判断出左右图像中的匹配点。如果匹配结果比较准确，该点的三维坐标恢复的精确度较高；反之，精确度较低。
本发明增加特定的偏振滤片后，结合不同场景的匹配算法，将立体匹配算法优化推到匹配点信息前，即图像像素信息获取过程中，从而可以得到对比度清晰的图像，特征点匹配效果改善明显。另外，搭配不同的滤镜可以针对不同的工件特性得到最优的特征图像。
发明内容
本发明提出一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组及其立体匹配方法，可在双目立体视觉应用领域通过利用偏振滤镜来抑制噪声改善图像立体匹配的摄像头模组。
本发明采用以下技术方案。
一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，所述双目摄像头模组包括双目图像特征匹配模块；双目摄像头模组的两个摄像头的间距可调；两个摄像头上均设有滤镜自适应匹配模块；所述滤镜自适应匹配模块包括设有偏振滤镜的旋转模块；所述偏振滤镜位于摄像头的进光端处；滤镜自适应匹配模块的偏振滤镜均可在旋转模块驱动下独立旋转。
所述双目图像特征匹配模块、滤镜自适应匹配模块为相互匹配的模块，所述双目图像特征匹配模块、滤镜自适应匹配模块均为可更换的模块。
所述双目摄像头模组的两个摄像头分别为左摄像头和右摄像头；当所述旋转模块使偏振滤镜位于零点矫正位时，所述偏振滤镜的偏振光轴与水平线正交；所述偏振滤镜的偏振光轴可通过与零点位的相对位置计算。
所述旋转模块对偏振滤镜的旋转操作不影响摄像头镜头的运行，所述旋转模块内置四个电磁线圈，滤镜的边框嵌有两块不同磁极的磁铁，通过电流信号控制电磁线圈的产生磁场，控制滤镜旋转。
所述双目图像特征匹配模块可对旋转模块进行控制。
所述双目图像特征匹配模块通过对左摄像头、右摄像头拍摄图像的像素匹配分析，控制旋转模块对偏振滤镜旋转，使左摄像头、右摄像头拍摄图像达到左、右图像的最佳匹配状态。
所述方法采用以上所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，包括像素匹配分析，所述像素匹配分析的方法为对左右两个当前帧进行边缘比对，计算每个像素点在范围D内的同名点对应得到匹配代价k，将匹配代价小于`k匹配代价均值的区域设为注意区，对注意区内的像素进行双色反射模型分析得到左右两帧图像各自的最大反射分量的角度。
所述使左摄像头、右摄像头拍摄图像达到左、右图像的最佳匹配状态的方法，为使注意区内左、右图像的特征相似度最高后，再执行双目立体匹配算法以得到更可靠的匹配度。
所述双目立体匹配算法为通过基于角点检测的匹配代价计算与区域联合的立体匹配算法，其区域的特征侧重于注意区。
所述双目图像特征匹配模块的工作方法为，对左摄像头、右摄像头获取的左、右图像进行边缘检测后划分区域，利用双色反射模型着重对图像划分出的注意区分析，通过镜像反射分量和漫反射分量来确定左、右偏振滤光镜的匹配角度，并控制旋转模块旋转偏振滤镜，使得左右摄像头获取的图像减少反射光影响从而获得最佳匹配度；
所述双目摄像头模组对左摄像头、右摄像头的图像的立体匹配处理发生在偏振滤光镜完成匹配之后，并且立体匹配处理采用边缘匹配和区域联合的立体匹配算法。
本发明的优点在于在双目立体视觉领域利用偏振滤镜来抑制噪声，从而能改善图像立体匹配，还可以根据光环境自动匹配切换滤光片来提高在双目立体匹配的可靠度。
本发明增加特定的偏振滤片后，结合不同场景的匹配算法，将立体匹配算法优化推到匹配点信息前，即图像像素信息获取过程中，从而可以得到对比度清晰的图像，特征点匹配效果改善明显。另外，搭配不同的滤镜可以针对不同的工件特性得到最优的特征图像。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的外部结构示意图；
附图2是滤镜自适应匹配模块的结构示意图；
附图3是滤镜在执行匹配作业时的流程示意图；
附图4是双目立体匹配的流程示意图；
附图5是在执行匹配作业时的流程的另一示意图；
附图6是滤镜结构的示意图；
附图7是旋转模块的示意图；
图中：1-左摄像头；2-右摄像头；3-偏振滤镜；4-旋转模块；5-零点矫正位；6-磁铁；7-电磁线圈。
具体实施方式
如图1-7所示，一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，所述双目摄像头模组包括双目图像特征匹配模块；双目摄像头模组的两个摄像头的间距可调；两个摄像头上均设有滤镜自适应匹配模块；所述滤镜自适应匹配模块包括设有偏振滤镜3的旋转模块4；所述偏振滤镜位于摄像头的进光端处；滤镜自适应匹配模块的偏振滤镜均可在旋转模块驱动下独立旋转。
所述双目图像特征匹配模块、滤镜自适应匹配模块为相互匹配的模块，所述双目图像特征匹配模块、滤镜自适应匹配模块均为可更换的模块。
所述双目摄像头模组的两个摄像头分别为左摄像头1和右摄像头2；当所述旋转模块使偏振滤镜位于零点矫正位5时，所述偏振滤镜的偏振光轴与水平线正交；所述偏振滤镜的偏振光轴可通过与零点位的相对位置计算。
所述旋转模块对偏振滤镜的旋转操作不影响摄像头镜头的运行，所述旋转模块内置四个电磁线圈，滤镜的边框嵌有两块不同磁极的磁铁，通过电流信号控制电磁线圈的产生磁场，控制滤镜旋转。
所述双目图像特征匹配模块可对旋转模块进行控制。
所述双目图像特征匹配模块通过对左摄像头、右摄像头拍摄图像的像素匹配分析，控制旋转模块对偏振滤镜旋转，使左摄像头、右摄像头拍摄图像达到左、右图像的最佳匹配状态。
所述方法采用以上所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，包括像素匹配分析，所述像素匹配分析的方法为对左右两个当前帧进行边缘比对, 计算每个像素点在范围D内的同名点对应得到匹配代价k，将匹配代价小于`k匹配代价均值的区域设为注意区，对注意区内的像素进行双色反射模型分析得到左右两帧图像各自的最大反射分量的角度。
所述使左摄像头、右摄像头拍摄图像达到左、右图像的最佳匹配状态的方法，为使注意区内左、右图像的特征相似度最高后，再执行双目立体匹配算法以得到更可靠的匹配度。
所述双目立体匹配算法为通过基于角点检测的匹配代价计算与区域联合的立体匹配算法，其区域的特征侧重于注意区。
所述双目图像特征匹配模块的工作方法为，对左摄像头、右摄像头获取的左、右图像进行边缘检测后划分区域，利用双色反射模型着重对图像划分出的注意区分析，通过镜像反射分量和漫反射分量来确定左、右偏振滤光镜的匹配角度，并控制旋转模块旋转偏振滤镜，使得左右摄像头获取的图像减少反射光影响从而获得最佳匹配度；
所述双目摄像头模组对左摄像头、右摄像头的图像的立体匹配处理发生在偏振滤光镜完成匹配之后，并且立体匹配处理采用边缘匹配和区域联合的立体匹配算法。
本例中，所述两个滤镜自适应匹配模块分置于左、右摄像头的镜头前方，其规格可以在M13摄像头上通用，且不影响摄像头视野范围。
实施例1：
双目摄像头模组基线可调，即左右两个摄像头的间距可调，滤镜自动匹配模块的间隔可以根据摄像头间距调整。在使用前需将滤镜模块手动进行校准，即旋转至零点矫正位，此时滤光片的偏振光轴与水平线正交。
对左右图像注意区的像素进行双色反射模型分析，分离出其最大镜面反射分量后将滤光片旋转至其最大镜面反射分量正交出，此时其最大镜面反射分量被有效抑制。
上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (7)
1.一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，其特征在于：所述双目摄像头模组包括双目图像特征匹配模块；双目摄像头模组的两个摄像头的间距可调；两个摄像头上均设有滤镜自适应匹配模块；所述滤镜自适应匹配模块包括设有偏振滤镜的旋转模块；所述偏振滤镜位于摄像头的进光端处；滤镜自适应匹配模块的偏振滤镜均可在旋转模块驱动下独立旋转；
所述双目图像特征匹配模块、滤镜自适应匹配模块为相互匹配的模块，所述双目图像特征匹配模块、滤镜自适应匹配模块均为可更换的模块；
所述双目摄像头模组的两个摄像头分别为左摄像头和右摄像头；当所述旋转模块使偏振滤镜位于零点矫正位时，所述偏振滤镜的偏振光轴与水平线正交；所述偏振滤镜的偏振光轴可通过与零点位的相对位置计算；
所述旋转模块对偏振滤镜的旋转操作不影响摄像头镜头的运行，所述旋转模块内置四个电磁线圈，滤镜的边框嵌有两块不同磁极的磁铁，通过电流信号控制电磁线圈的产生磁场，控制滤镜旋转。
2.根据权利要求1所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，其特征在于：所述双目图像特征匹配模块可对旋转模块进行控制。
3.根据权利要求2所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，其特征在于：所述双目图像特征匹配模块通过对左摄像头、右摄像头拍摄图像的像素匹配分析，控制旋转模块对偏振滤镜旋转，使左摄像头、右摄像头拍摄图像达到左、右图像的最佳匹配状态。
4.一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组的立体匹配方法，其特征在于：所述方法采用权利要求3所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组，包括像素匹配分析，所述像素匹配分析的方法为对左右两个当前帧进行边缘比对，计算每个像素点在范围D内的同名点对应得到匹配代价k，将匹配代价小于`k匹配代价均值的区域设为注意区，对注意区内的像素进行双色反射模型分析得到左右两帧图像各自的最大反射分量的角度。
5.根据权利要求4所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组的立体匹配方法，其特征在于：所述使左摄像头、右摄像头拍摄图像达到左、右图像的最佳匹配状态的方法，为使注意区内左、右图像的特征相似度最高后，再执行双目立体匹配算法以得到更可靠的匹配度。
6.根据权利要求5所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组的立体匹配方法，其特征在于：所述双目立体匹配算法为通过基于角点检测的匹配代价计算与区域联合的立体匹配算法，其区域的特征侧重于注意区。
7.根据权利要求4所述的一种自适应滤镜匹配的双目摄像头模组的立体匹配方法，其特征在于：所述双目图像特征匹配模块的工作方法为，对左摄像头、右摄像头获取的左、右图像进行边缘检测后划分区域，利用双色反射模型着重对图像划分出的注意区分析，通过镜像反射分量和漫反射分量来确定左、右偏振滤光镜的匹配角度，并控制旋转模块旋转偏振滤镜，使得左右摄像头获取的图像减少反射光影响从而获得最佳匹配度；
所述双目摄像头模组对左摄像头、右摄像头的图像的立体匹配处理发生在偏振滤光镜完成匹配之后，并且立体匹配处理采用边缘匹配和区域联合的立体匹配算法。
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