CN115767253A

CN115767253A - 一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法及装置

Info

Publication number: CN115767253A
Application number: CN202211467689.XA
Authority: CN
Inventors: 杜翰; 葛俊彦; 龚肖
Original assignee: Guangdong Yijiahe Technology Co ltd
Current assignee: Guangdong Yijiahe Technology Co ltd
Priority date: 2022-11-22
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明公开了一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法及装置，方法包括步骤：设置双目相机的初始曝光参数和初始识别阈值，获取左右目图像，分别提取左右目图像中的标记物圆心；根据双目相机的内参和外参，重建标记物在世界坐标系下的三维点；计算双目相机与三维点之间的距离并排序，将最小的距离值作为参照距离；将参照距离代入事先拟合好的距离曝光方程和曝光阈值方程中，计算得到曝光参数和识别阈值；按照计算得到的曝光参数和识别阈值对双目相机进行自适应调整。本发明能够自动调节合适的相机曝光参数，并自动确定当前距离和曝光参数下的识别阈值，有效扩大有效工作空间，提高定位精度。

Description

一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法及装置

技术领域

本发明涉及相机校准技术领域，具体涉及一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法及装置。

背景技术

目前，高精度双目近红外定位技术，其中一种实现方式是先识别圆形标记物，然后按预设规则配准圆形标记物，从而达到确定目标位置和姿态。在圆形标记物识别之前，需要对标记物进行较高质量的成像，而标记物的成像和识别强烈依赖于相机的曝光参数以及对应该曝光参数的识别阈值。现有的方法往往给定一个固定的曝光参数和识别阈值进行标记物的成像和定位计算。实际操作中，标记物距离相机的位置发生变化时，标记物的成像明暗会随着该距离波动，规律为：标记物距离相机越远，成像越暗，反之越亮。因此现有方法不适宜在大范围工作场景中使用，造成了定位区域的局限性，甚至直接影响定位精度。

发明内容

技术目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法及装置，能够自动调节合适的相机曝光参数，并自动确定当前距离和曝光参数下的识别阈值，有效扩大有效工作空间，提高定位精度。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法，用于双目相机，其特征在于，包括步骤：

设置双目相机的初始曝光参数和初始识别阈值，获取同一时刻的左目图像和右目图像，以初始识别阈值分别提取左目图像和右目图像中的所有标记物圆心；

根据双目相机的内参和外参，重建所有标记物在世界坐标系下的三维点；

计算双目相机与三维点之间的距离并排序，将最小的距离值作为参照距离；

将所述参照距离分别代入事先拟合好的距离曝光方程f(d)和曝光阈值方程g(d)中，计算得到曝光参数exp和识别阈值threshold；

按照计算得到的曝光参数exp和阈值threshold对双目相机进行自适应调整。

优选地，所述距离曝光方程f(d)和曝光阈值方程g(d)以如下步骤获得：

(1)确定双目相机的工作范围，设置多个在工作范围内的采样工作距离；

(2)确定成像中背景噪声阈值，即，将双目相机的曝光参数设置为0，红外补光功率调节至最大值，拍摄得到无反光背景的图像，并统计图像中的像素值，绘制三维统计图，将三维统计图中的最高值作为背景噪声阈值；

(3)双目相机在各个选取的采样工作距离下，进行自动曝光，记录每个采样工作距离下拍摄的图像满足预设曝光条件时的实验曝光参数和实验识别阈值；

(4)将所述实验曝光参数按预设的步长拉低N次，且分别以邻近边缘灰度的M个阈值来分割标记物，并用边缘拟合算法得到标记物圆心坐标，即一个采样工作距离下，得到M*(N+1)个圆心的坐标；

(5)评价得到的M*(N+1)个圆心，选出最佳圆心坐标，记录最佳圆心坐标对应的自动曝光时的实验曝光参数和实验识别阈值；

(6)在设置的采样工作距离下，重复步骤(4)至步骤(5)，得到多组对应的最佳圆心坐标、实验曝光参数和实验识别阈值；

(7)根据最佳圆心坐标、实验曝光参数和实验识别阈值，拟合出距离曝光方程f(d)和曝光阈值方程g(d)，并绘制距离曝光曲线和曝光阈值曲线。

优选地，以如下步骤评价得到的M*(N+1)个圆心：

将圆形标记物所在的区域作为一个靶；

多次计算圆心坐标，得到多个对应的圆心；

计算出所有圆心的质心作为理想的靶心，将最接近靶心的圆心的坐标，定义为最佳圆心坐标。

一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的装置，其特征在于，包括：

图像获取和标记物提取模块，用于设置双目相机的初始曝光参数和初始识别阈值，获取同一时刻的左目图像和右目图像，以初始识别阈值分别提取左目图像和右目图像中的所有标记物圆心；

三维点坐标确定模块，用于根据双目相机的内参和外参，重建所有标记物在世界坐标系下的三维点；

参照距离计算模块，用于计算双目相机与三维点之间的距离并排序，将最小的距离值作为参照距离；

计算模块，用于将所述参照距离分别代入事先拟合好的距离曝光方程f(d)和曝光阈值方程g(d)中，计算得到曝光参数exp和识别阈值threshold；

自适应调整模块，用于按照计算得到的曝光参数exp和阈值threshold对双目相机进行自适应调整；

拟合模块，用于拟合距离曝光方程f(d)和曝光阈值方程g(d)，及与方程对应的曲线。

一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行所述方法。

一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序；其中所述计算机程序被处理器执行所述方法。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明能够根据标记物在有效工作空间中的位置，自动调节合适的相机曝光参数，并自动确定当前距离和曝光参数下的识别阈值，能够有效扩大有效工作空间，并提高定位精度。

附图说明

图1为实施例提出的自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法的流程图；

图2为三维统计图；

图3为相机参数设置的示意图；

图4为对应图3参数的“距离-曝光”曲线和“曝光-阈值”曲线；

图5为自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细的说明。

实施例一

本实施例提出一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法，如图1所示，包括步骤：

具体地，首先，设置一个默认的初始曝光参数，获取左右目两张图像，并以默认阈值分别提取左右目成像中标记物圆心。然后，根据双目对极几何约束关系，找到左右目对应点关系，并根据双目相机的内参和外参重建出标记物的三维空间位置。其次，为保证场景中所有点都不过亮，往往选取离相机最近点与相机的距离作为后续曝光与阈值参照。参照先前建立的坐标系方向，即在以双目相机的基线的中点为原点，基线为y轴，垂直于相机前壳平面为z轴，建立的右手坐标系中，根据三维点坐标找到距离相机最近的三维点，记录该点与相机间的距离d。

将距离d分别代入事先拟合好的距离-曝光方程f(d)和曝光-阈值方程g(d)中，求得曝光参数exp和阈值threshold，相机按照所述曝光参数exp和阈值threshold进行自适应调整。

其中，距离-曝光方程f(d)和曝光-阈值方程g(d)按照如下步骤获得：

S1、确定双目相机工作距离范围大小。通常情况下，相机的曝光和距离相关，被测标记物在远离相机时，成像会变暗，若需有效成像，就应该适当增加曝光。

S2、确定成像中背景噪声阈值。由于成像中绝大多像素为背景，于识别而言没有意义。将曝光参数设置为0，将红外补光灯功率调节至最大，拍摄无反光背景，并统计像素值，做出三维统计图，见图2。可将背景噪声阈值设置为最高值，或略高于最高值。本实施例中，设置为略高于最高值，为成像中异常点留有冗余。三维统计图是为了判断相机底噪影响。其目的就是要确定背景噪声阈值，为了滤除背景噪声而做的三维统计图，把三维统计图中的最高值作为滤除背景噪声的阈值。

S3、设置合适的距离空间进行采样，得到距离和曝光参数的关系。需要说明的是：为在图像中呈现出更好的标记物边缘细节，定义标记物中最高灰度值恰好不高于250为合适曝光。采样步骤如下：

S3.1、确定一个距离，并根据图像中反光球的亮度，调节到上述条件下合适的曝光，并记录此时的曝光参数。

S3.2、将S3.1中得到的曝光参数按固定步长拉低N次，且分别以邻近边缘灰度的M个阈值来分割标记物，并用边缘拟合算法得到标记物圆心坐标，即一个采样工作距离下，得到M*(N+1)个圆心的坐标；如步长取20，相机不同改步长可取不同值。并根据反光球边缘像素灰度值，用邻近边缘灰度的16个阈值来分割标记物，并用边缘拟合算法得到标记物圆心坐标，即一个距离下，得到16*4＝64个圆心坐标。

S3.3、评价S3.2中得到的64个圆心定位精度，选出最佳的圆心坐标，记录此时的曝光参数和识别阈值。

S3.4根据S3.2和S3.3中记录的距离、曝光、识别阈值，拟合“距离-曝光”方程及曲线、“曝光-识别阈值”方程及曲线。

S3.3中圆心坐标的评价方法如下：

将圆形标记物所在的区域作为一个“靶”；

计算圆心坐标即为“打靶”过程，点越集中说明打靶越精准，反之越不精准。

可以计算出所有圆心的质心作为理想“靶心”，则最接近“靶心”的圆心，被定义为最佳的圆心坐标。

以下面曝光参数为相机的曝光时间为例，对本实施例的方法进行详细说明。

一、实验过程：

1、工作范围：900mm-2400mm

2、设置采样工作距离：900mm，1100mm，1300mm，1500mm，1700mm，1900mm，2100mm，2300mm，2400mm。

步骤1)，让相机在预设的工作距离下自动曝光，使图像到恰好过曝的位置，记录此时的曝光参数。自动曝光使用软件实现，具体实现方法为：

i.设置略低于标记物边缘阈值，高于该阈值的被认为是有效标记物区域。并判断每个标记物亮度是否合适。标记物是提到的圆形标记。标记物可以有多个，本例中使用了4个标记物。

ii.若标记物亮度过高或过低，则以5的步长调低或调高曝光参数。

iii.直到标记物亮度合适，记录此时的曝光参数。

步骤2)，将1)中得到的曝光参数按20的步长拉低3次，每做一次拉低，就会减小曝光和阈值参数，且分别用40-55共16个阈值来识别(圆形)标记物，即一个距离下，改变一次曝光参数后，针对16个阈值，得到16个圆心坐标；改变3次，加上初始值一次，得到16*4＝64个圆心坐标。

步骤3)，评价2)中得到的64个圆心质量，选出最佳的圆心坐标，记录此时的曝光参数和识别阈值。

步骤4)，在设置的采样工作距离下，重复步骤1)至步骤3)，根据得到的多组曝光参数和识别阈值，拟合出距离-曝光方程f(d)和曝光-阈值方程g(d)，作出“距离-曝光”曲线和“曝光-阈值”曲线，见图4。

二、使用过程：

得到了“距离-曝光”曲线和“曝光-阈值”曲线后，即可在相机自适应调节曝光参数和标记物识别阈值时，使用两条曲线进行自适应参数调节。具体流程见图5。包括步骤：

1、读取左右目相机图像；

2、提取左右目图像中的标记点亚像素坐标，标记点也就是前述的标记物；

3、根据双目相机内参、外参，计算标记点的三维坐标；

4、计算相机中心到标记点的距离，并排序得到最小距离d；

5、将距离d分别代入步骤4)中所拟合的距离-曝光方程f(d)和曝光-阈值方程g(d)，求得曝光参数exp和阈值threshold；

6、设置曝光参数exp与阈值参数threshold；

7、结束。

实施例二

本实施例提出一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的装置，用于实施实施例一所述方法，包括：

以及，拟合模块，用于拟合距离曝光方程f(d)和曝光阈值方程g(d)，及与方程对应的曲线。

本发明的又一实施例中，提供一种电子设备，包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现所述方法。

本发明的又一实施例中，提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法，用于双目相机，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法，其特征在于，所述距离曝光方程f(d)和曝光阈值方程g(d)以如下步骤获得：

3.根据权利要求2所述的一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的方法，其特征在于，以如下步骤评价得到的M*(N+1)个圆心：

将圆形标记物所在的区域作为一个靶；

多次计算圆心坐标，得到多个对应的圆心；

4.一种自适应调节相机曝光参数和标记物识别阈值的装置，其特征在于，包括：

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至3任一项所述方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序；其中所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述方法。