CN109084688A - 一种基于可变焦相机的双目视觉测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可变焦相机的双目视觉测距方法。本发明步骤包括：步骤1：选取两个相同规格的可变焦相机，将相机并列摆放，两个相机镜头之间的距离D，并且两个相机的相机平面处于同一平面和同一水平高度上，步骤2：根据被测目标，调整两个相机的焦距，当测量目标处于清晰状态后，计算当前状态下两个相机的焦距；步骤3：将双目测距试验台对准被测目标，使得被测目标的水平坐标要夹在两个相机中心线之间，然后获取被测目标的图像信息，计算物距信息。本发明使用了两个可变焦相机来进行双目视觉测距，在根据被测目标的距离来调整两个相机的焦距后，两个相机焦距难以保持一致的情况下，以较高的精度获取目标的物距信息。

Description

一种基于可变焦相机的双目视觉测距方法

技术领域

本发明属于双目视觉技术领域，具体涉及一种基于可变焦相机的双目视觉测距方法。

背景技术

在这个计算机视觉技术发展迅速的时代，获取深度信息成为了一个热门的课题，因其所诞生的方法也各式各样，但是绝大部分的方法都有一定的缺陷。例如，目前比较成熟的利用相同型号的固定焦距的相机来获取深度信息的方法。这个方法成本很低，在一定范围内，它所获得的深度准确度也较高，但是一旦所测目标超出了这个范围，那么所获取的深度信息的精确度就会大打折扣。其原因就是因为用于获取信息的两个相机的焦距是固定的，那么所获得的视野也就是固定的。假如，所测目标离双目***较远，在相机中的成像也比较模糊，那么获取的信息量就少，由此得出的深度信息精确度也较低。

所以人们想到了使用变焦相机来进行双目测距，根据所选取的目标来变换相机的焦距，来达到目标在相机成像清晰的目的，使测出来的深度信息更为精确。但是对于不同距离的测量目标，相机的调焦量也不同，每次调焦都会改变相机的焦距，所以两个相机的焦距难以保持一致，而该方法就是针对两个相机焦距不一样时，如何进行双目测距实验的。

发明内容

本发明主要考虑到计算机视觉的迅猛发展，目前获取深度信息的方法各色各异，但是都不能完全解决测距过程中存在的问题。本方法应用于基于两个相同型号的可变焦相机的双目测距，相对于传统的双目测距，该测距***可以根据测量目标的距离的改变，来改变相机的焦距，使得测量目标在相机图像中处于一个清晰的状态，所测出深度信息也较为精确。简而言之，就是该测距***可以根据实际情况来调整***参数，使测量结果处于一个较准确的状态。

该方法按照以下步骤实施：

步骤1：选取两个相同规格的可变焦相机，将相机并列摆放，两个相机镜头之间的距离D，并且两个相机的相机平面处于同一平面上，同时两个相机也处于同一水平高度上，从而构建一个简易的双目测距实验台；

步骤2：根据被测目标，调整两个相机的焦距，当测量目标处于清晰状态后，开始计算当前状态下两个相机的焦距，具体步骤如下:

2-1.取一条已知长度的笔直物体作为标准杆)，并固定在一个背景较为纯净的位置，调整双目测距实验台位置，使得相机平面和标准杆处于平行的状态；

2-2.利用相机成像原理以及三角形相似原理，获取以下公式：

化简得到：

其中，f1和f2分别是左相机焦距和右相机焦距；t1、t2分别是标准杆在左相机成像平面中的长度和在右相机成像平面中的长度；T是标准杆的长度，u是标准杆到相机平面的距离；

设两个相机的CCD横向尺寸为v，设标准杆在电脑中读取的左右相机的图像中的长度为s1，s2，电脑中读取的左右相机的图像尺寸为V，则：

然后将(5)式代入(3)式，(6)式代入(4)式，计算出f1，f2 的值；

步骤3：将双目测距试验台对准被测目标，使得被测目标的水平坐标要夹在两个相机中心线之间，即目标在左相机画面中要处于右半面，在右相机画面中要处于左半面，然后获取被测目标的图像信息，计算物距信息，具体步骤如下：

3-1.计算L和R：设左边相机斜率绝对值为kl、右边相机斜率绝对值为kr，然后根据kl与kr之间的比值关系来瓜分Xl到Xr之间的水平距离，从而得出L与R：

其中，Xl是被测目标在左相机的成像在左相机平面的横坐标，Xr是被测目标在右相机的成像在右相机平面的横坐标；Xl和Xr是能够利用图像处理软件根据图像得出的，所以L和R最后是已知数，D是两个相机镜头之间的距离；b是相机画面中点的横坐标；所以L和R是最后是已知数；L 是被测目标与左相机光轴之间的水平距离；R是被测目标与左相机光轴之间的水平距离；

3-2.利用L和R，以及三角形相似原理，计算得出物距信息U：

根据三角形相似，可以得出：

化简得：

最后算出两个物距信息U的值，最后得到的深度信息取这两个物距信息U的平均值，最终结果记为Z：

本发明有益效果如下：

本发明方法不同于传统的利用两个固定焦距相机的双目测距，它使用了两个可变焦相机来进行双目视觉测距，在根据被测目标的距离来调整两个相机的焦距后，两个相机焦距难以保持一致的情况下，以较高的精度获取目标的物距信息。

但是本方法同样存在着一定的局限，比如被测目标的水平坐标要夹在两个相机中心线之间。即目标在左相机画面中要处于右半面，在右相机画面中要处于左半面。

附图说明

图1是简易的双目测距实验台的示意图。

图2是计算相机焦距的原理图；

图3是计算被测目标深度信息的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本方法应用于基于两个相同型号的可变焦相机的双目测距，相对于传统的双目测距，该测距***可以根据测量目标的距离的改变，来改变相机的焦距，使得测量目标在相机图像中处于一个清晰的状态，所测出深度信息也较为精确。简而言之，就是该测距***可以根据实际情况来调整***参数，使测量结果处于一个较准确的状态。

该方法按照以下步骤实施：

步骤1：选取两个相同规格的可变焦相机，例如索尼w100。将相机并列摆放，两个相机镜头之间的距离D，并且两个相机的相机平面处于同一平面上，同时两个相机也处于同一水平高度上，如图1所示。构建一个简易的双目测距实验台。

步骤2：根据被测目标，调整两个相机的焦距，当测量目标处于清晰状态后，开始计算当前状态下两个相机的焦距，具体步骤如下:

2-1.取一条已知长度的笔直物体作为标准杆(例如一根笔直木棍)，并固定在一个背景较为纯净的位置，调整双目测距实验台位置，使得相机平面和标准杆处于平行的状态。

2-2.根据图2的原理图，利用相机成像原理以及三角形相似原理(这里用虚拟成像平面替换实际成像平面，方便数学上的处理)我们可以得出：

化简得到：

其中，f1和f2分别是左相机焦距和右相机焦距；t1、t2分别是标准杆在左相机成像平面中的长度和在右相机成像平面中的长度；T是标准杆的长度(已知)，u是标准杆到相机平面的距离(已知)；

因为电脑读取相机拍摄的画面的时候，是将这个画面进行了放大的。所以t1，t2并不等于电脑读取的图像中标准杆的长度。所以这里需要通过opencv等软件计算出t1，t2的数据。设这两个相机的CCD横向尺寸为v (已知)，设标准杆在电脑中读取的左右相机的图像中的长度为s1，s2 (可以通过opencv的函数计算获得)，电脑中读取的左右相机的图像尺寸为V(左右图像尺寸是一样大小的)。那么就可以得出：

然后将(5)式代入(3)式，(6)式代入(4)式，计算出f1，f2 的值；

步骤3：将双目测距试验台对准被测目标，使得被测目标的水平坐标要夹在两个相机中心线之间，即目标在左相机画面中要处于右半面，在右相机画面中要处于左半面。然后获取被测目标的图像信息，计算物距信息，具体步骤如下：

3-1.计算L和R：设左边相机斜率绝对值为kl、右边相机斜率绝对值为kr，然后根据kl与kr之间的比值关系来瓜分Xl到Xr之间的水平距离(也就是瓜分D-Xl+Xr)，从而得出L与R：

如图3所示，Xl是被测目标在左相机的成像在左相机平面的横坐标， Xr是被测目标在右相机的成像在右相机平面的横坐标；Xl和Xr是能够利用图像处理软件根据图像得出的，所以L和R最后是已知数，D是两个相机镜头之间的距离；b是相机画面中点的横坐标；所以L和R是最后是已知数； L是被测目标与左相机光轴之间的水平距离；R是被测目标与左相机光轴之间的水平距离；

3-2.利用L和R，以及三角形相似原理，计算得出物距信息U：

根据三角形相似，可以得出：

化简得：

最后算出两个U的值，这两个值会有一些小小的差别，因为实验必然存在着误差，所以最后的得到的深度信息取这两个结果的平均值，可以相对地提高精度，最终结果记为Z：

Claims (1)

1.一种基于可变焦相机的双目视觉测距方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：选取两个相同规格的可变焦相机，将相机并列摆放，两个相机镜头之间的距离D，并且两个相机的相机平面处于同一平面上，同时两个相机也处于同一水平高度上，从而构建一个简易的双目测距实验台；

步骤2：根据被测目标，调整两个相机的焦距，当测量目标处于清晰状态后，开始计算当前状态下两个相机的焦距，具体步骤如下:

2-1.取一条已知长度的笔直物体作为标准杆)，并固定在一个背景较为纯净的位置，调整双目测距实验台位置，使得相机平面和标准杆处于平行的状态；

2-2.利用相机成像原理以及三角形相似原理，获取以下公式：

化简得到：

其中，f1和f2分别是左相机焦距和右相机焦距；t1、t2分别是标准杆在左相机成像平面中的长度和在右相机成像平面中的长度；T是标准杆的长度，u是标准杆到相机平面的距离；

设两个相机的CCD横向尺寸为v，设标准杆在电脑中读取的左右相机的图像中的长度为s1，s2，电脑中读取的左右相机的图像尺寸为V，则：

然后将(5)式代入(3)式，(6)式代入(4)式，计算出f1，f2的值；

步骤3：将双目测距试验台对准被测目标，使得被测目标的水平坐标要夹在两个相机中心线之间，即目标在左相机画面中要处于右半面，在右相机画面中要处于左半面，然后获取被测目标的图像信息，计算物距信息，具体步骤如下：

3-1.计算L和R：设左边相机斜率绝对值为kl、右边相机斜率绝对值为kr，然后根据kl与kr之间的比值关系来瓜分Xl到Xr之间的水平距离，从而得出L与R：

其中，Xl是被测目标在左相机的成像在左相机平面的横坐标，Xr是被测目标在右相机的成像在右相机平面的横坐标；Xl和Xr是能够利用图像处理软件根据图像得出的，所以L和R最后是已知数，D是两个相机镜头之间的距离；b是相机画面中点的横坐标；所以L和R是最后是已知数；L是被测目标与左相机光轴之间的水平距离；R是被测目标与左相机光轴之间的水平距离；

3-2.利用L和R，以及三角形相似原理，计算得出物距信息U：

根据三角形相似，可以得出：

化简得：

最后算出两个物距信息U的值，最后得到的深度信息取这两个物距信息U的平均值，最终结果记为Z：