CN112284331A - 一种波导显示***单目测距定位的方法 - Google Patents

一种波导显示***单目测距定位的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112284331A
CN112284331A CN202010950001.8A CN202010950001A CN112284331A CN 112284331 A CN112284331 A CN 112284331A CN 202010950001 A CN202010950001 A CN 202010950001A CN 112284331 A CN112284331 A CN 112284331A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target
waveguide display
display system
camera
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010950001.8A
Other languages
English (en)
Inventor
刘明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Original Assignee
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC filed Critical Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority to CN202010950001.8A priority Critical patent/CN112284331A/zh
Publication of CN112284331A publication Critical patent/CN112284331A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/24—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with fixed angles and a base of variable length in the observation station, e.g. in the instrument
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04—Interpretation of pictures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种波导显示***单目测距定位的方法，针对头戴式波导显示***进行目标测距定位这一重要问题，利用波导显示***和单目摄像机两路光学***，通过流程优化、图像跟踪和目标成像视差检测实现了对目标距离的定位解算。本发明的优点：本发明在不改变***设计的前提下,充分利用波导显示***和单目摄像机两路光学***，通过流程优化、图像跟踪和目标成像视差检测实现了对目标距离的定位解算。对头戴式波导显示***的设计与应用有重要参考价值。

Description

一种波导显示***单目测距定位的方法
技术领域
本发明属于光学测量定位技术领域，涉及一种波导显示***单目测距定位的方法。
背景技术
随着人工智能、信息交互技术的发展，增强现实技术在军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域发挥越来越重要的作用。头戴式波导显示***是增强现实技术应用的典型代表，由波导显示***、单目摄像机、位姿测量组件和信息处理终端组成。单目摄像机负责环境图像采集，位姿测量组件负责位姿测量，信息处理终端对图像进行分析处理、提取出环境中的有价值目标，波导显示***根据位姿参数对目标进行标注和增强显示，实现虚拟信息与真实场景的叠加统一。
头戴式波导显示***具有结构简单、分辨率高、没有视觉偏差等优点，但是其功能受到体积和重量的限制。本发明“一种波导显示***单目测距定位的方法”利用波导显示***和单目摄像机两路光学***，在不改变***设计的前提下通过流程优化、图像跟踪和目标成像视差检测实现了对目标距离的定位解算。
目前常用的目标测距方法包括激光测距和双目测距等。激光测距是一种主动测距方法，具有准确性高、方向性强的优点，但存在硬件成本、体积、重量和功耗等诸多局限性；双目测距是一种被动测距方法，其利用两个摄像机的成像视差进行目标测距解算，其硬件成本低，但需要对两个摄像机进行双目标定和双目图像匹配。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种波导显示***单目测距定位的方法，借鉴了双目测距原理，利用波导显示***和单目摄像机两路光学***，在不改变***设计的前提下通过流程优化、图像跟踪和目标成像视差检测实现了对目标距离的定位解算。对头戴式波导显示***的设计与应用有重要参考价值。
技术方案
一种波导显示***单目测距定位的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对波导显示***和单目摄像机进行光轴校准和参数标定，消除波导显示***的显示偏差和单目摄像机的图像畸变，确保两路光学***光轴方向保持一致；
步骤2：进行目标测距定位时，先将波导显示画面切换到摄像机画面，移动测量装置将待测量目标移动到跟踪框内，启动目标跟踪检测功能，运行图像跟踪检测算法对目标进行跟踪，实时解算目标的图像坐标(xcam,ycam)；
步骤3：将波导显示功能切换至目标距离测量功能，移动测量装置将待测量目标移入距离测量框内；根据头戴式波导显示***目标测距原理由三角形相似原理推导出的目标距离l为：
Figure BDA0002676612200000021
基线距离B表示摄像机与波导显示***的投影中心连线的距离，f表示摄像机的焦距，xcam表示目标在摄像机像平面上与中心主点的像素距离；
步骤4：由于波导显示屏上中心瞄准线的方向与位姿相关，得到目标的空间坐标为：
Figure BDA0002676612200000022
公式中，
Figure BDA0002676612200000023
表示瞄准线的单位方向矢量，由方位俯仰滚转三姿态角(α,β,γ)来表示，[xwave ywave zwave]T表示波导显示***的三维空间坐标。
有益效果
本发明提出的一种波导显示***单目测距定位的方法，针对头戴式波导显示***进行目标测距定位这一重要问题，利用波导显示***和单目摄像机两路光学***，通过流程优化、图像跟踪和目标成像视差检测实现了对目标距离的定位解算。
本发明的优点：本发明在不改变***设计的前提下,充分利用波导显示***和单目摄像机两路光学***，通过流程优化、图像跟踪和目标成像视差检测实现了对目标距离的定位解算。对头戴式波导显示***的设计与应用有重要参考价值。
附图说明
图1：头戴式波导显示***结构示意图
图2：头戴式波导显示***目标测距原理图
图3：头戴式波导显示***单目测距定位流程
图4：目标跟踪画面示意图
图5：目标距离测量画面
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实验采用1920×1080的定焦摄像机，摄像机的等效像素焦距f＝1353.37像素，像机中心到波导显示中心的基线长度B＝0.15米，目标跟踪检测精度是亚像素精度0.2像素，波导显示瞄准线的姿态精度0.1°。
波导显示***单目测距定位的方法，具体实施方式采用如下步骤：
步骤1：提前在装配阶段对波导显示***和单目摄像机进行光轴校准和参数标定，消除波导显示***的显示偏差和单目摄像机的图像畸变，确保两路光学***光轴方向保持一致；
步骤2:进行目标测距定位时，先将波导显示画面切换到摄像机画面，移动测量装置将待测量目标移动到跟踪框内，启动目标跟踪检测功能，运行图像跟踪检测算法对目标进行跟踪，实时解算目标的图像坐标(xcam,ycam)；
步骤3:将波导显示画面切换至目标距离测量画面，移动测量装置将待测量目标移入距离测量框内；根据头戴式波导显示***目标测距原理，由于波导显示屏上中心瞄准线与目标重合,由三角形相似原理推导出的目标距离l为：
Figure BDA0002676612200000041
公式中,基线距离B表示摄像机与波导显示***的投影中心连线的距离，f表示摄像机的焦距，xcam表示目标在摄像机像平面上与中心主点的像素距离。
步骤4:由于波导显示屏上中心瞄准线的方向与位姿相关，目标的空间坐标表示为：
Figure BDA0002676612200000042
公式中，
Figure BDA0002676612200000043
表示瞄准线的单位方向矢量，由方位俯仰滚转三姿态角(α,β,γ)来表示，[xwave ywave zwave]T表示波导显示***的三维空间坐标。
采用本方法，对距离100米的目标进行测距定位，目标与图像中心主点的距离xcam＝2.08像素，解算出的目标距离l为：
Figure BDA0002676612200000044
波导显示瞄准线的姿态角为
Figure BDA0002676612200000045
目标坐标为：[97.1252，-0.6894，9.5821]T，坐标原点在波导显示中心。

Claims (1)

1.一种波导显示***单目测距定位的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对波导显示***和单目摄像机进行光轴校准和参数标定，消除波导显示***的显示偏差和单目摄像机的图像畸变，确保两路光学***光轴方向保持一致；
步骤2：进行目标测距定位时，先将波导显示画面切换到摄像机画面，移动测量装置将待测量目标移动到跟踪框内，启动目标跟踪检测功能，运行图像跟踪检测算法对目标进行跟踪，实时解算目标的图像坐标(xcam,ycam)；
步骤3：将波导显示功能切换至目标距离测量功能，移动测量装置将待测量目标移入距离测量框内；根据头戴式波导显示***目标测距原理由三角形相似原理推导出的目标距离l为：
Figure FDA0002676612190000011
基线距离B表示摄像机与波导显示***的投影中心连线的距离，f表示摄像机的焦距，xcam表示目标在摄像机像平面上与中心主点的像素距离；
步骤4：由于波导显示屏上中心瞄准线的方向与位姿相关，得到目标的空间坐标为：
Figure FDA0002676612190000012
公式中，
Figure FDA0002676612190000013
表示瞄准线的单位方向矢量，由方位俯仰滚转三姿态角(α,β,γ)来表示，[xwave ywave zwave]T表示波导显示***的三维空间坐标。
CN202010950001.8A 2020-09-11 2020-09-11 一种波导显示***单目测距定位的方法 Pending CN112284331A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950001.8A CN112284331A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种波导显示***单目测距定位的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950001.8A CN112284331A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种波导显示***单目测距定位的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112284331A true CN112284331A (zh) 2021-01-29

Family

ID=74420346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010950001.8A Pending CN112284331A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种波导显示***单目测距定位的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112284331A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105547262A (zh) * 2014-10-24 2016-05-04 株式会社尼康·天宝 测量仪和程序
CN105872526A (zh) * 2015-01-21 2016-08-17 成都理想境界科技有限公司 双目ar头戴显示设备及其信息显示方法
CN106443650A (zh) * 2016-09-12 2017-02-22 电子科技大学成都研究院 一种基于几何关系的单目视觉测距方法
CN107356236A (zh) * 2017-07-31 2017-11-17 天津大学 一种动态位姿实时测量装置及方法
CN109489620A (zh) * 2019-01-12 2019-03-19 内蒙古农业大学 一种单目视觉测距方法
CN110076277A (zh) * 2019-05-07 2019-08-02 清华大学 基于增强现实技术的配钉方法
CN111076905A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 重庆大学 一种车载抬头显示虚像像质综合测量方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105547262A (zh) * 2014-10-24 2016-05-04 株式会社尼康·天宝 测量仪和程序
CN105872526A (zh) * 2015-01-21 2016-08-17 成都理想境界科技有限公司 双目ar头戴显示设备及其信息显示方法
CN106443650A (zh) * 2016-09-12 2017-02-22 电子科技大学成都研究院 一种基于几何关系的单目视觉测距方法
CN107356236A (zh) * 2017-07-31 2017-11-17 天津大学 一种动态位姿实时测量装置及方法
CN109489620A (zh) * 2019-01-12 2019-03-19 内蒙古农业大学 一种单目视觉测距方法
CN110076277A (zh) * 2019-05-07 2019-08-02 清华大学 基于增强现实技术的配钉方法
CN111076905A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 重庆大学 一种车载抬头显示虚像像质综合测量方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
丁涛: "捷联光电设备瞄准线校准技术", 《兵工自动化》 *
曹毓等: "相机姿态安装误差对单目视觉定位精度的影响", 《传感器与微***》 *
朱庄生等: "基于单目视觉的位置姿态测量***精度检校方法", 《中国惯性技术学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104835117B (zh) 基于重叠方式的球面全景图生成方法
US10659768B2 (en) System and method for virtually-augmented visual simultaneous localization and mapping
CN110243283B (zh) 一种可变视轴视觉测量***及方法
CN104933718B (zh) 一种基于双目视觉的物理坐标定位方法
CN103886107B (zh) 基于天花板图像信息的机器人定位与地图构建***
CN110246175A (zh) 全景相机与云台相机结合的变电站巡检机器人图像检测***及方法
Yang et al. Panoramic UAV surveillance and recycling system based on structure-free camera array
CN109345587B (zh) 一种基于全景与单目视觉的混合视觉定位方法
CN107038714B (zh) 多型视觉传感协同目标跟踪方法
CN103971375A (zh) 一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法
CN106127115B (zh) 一种基于全景和常规视觉的混合视觉目标定位方法
CN110505468B (zh) 一种增强现实显示设备的测试标定及偏差修正方法
Koryttsev et al. Practical aspects of range determination and tracking of small drones by their video observation
IL264714A (en) Gao-Video detection
CN112655202A (zh) 用于头戴式显示器的鱼眼镜头的减小带宽立体失真校正
CN112767480A (zh) 一种基于深度学习的单目视觉slam定位方法
CN117152243A (zh) 一种基于ptz相机单目变焦的告警定位方法
Deng et al. Equivalent virtual cameras to estimate a six-degree-of-freedom pose in restricted-space scenarios
Hu et al. Omnidirectional panoramic video system with frame-by-frame ultrafast viewpoint control
Li et al. A cooperative camera surveillance method based on the principle of coarse-fine coupling boresight adjustment
CN115601437A (zh) 一种基于目标识别的动态会聚型双目立体视觉***
CN112284331A (zh) 一种波导显示***单目测距定位的方法
CN113850905B (zh) 一种用于周扫型光电预警***的全景图像实时拼接方法
CN112017303B (zh) 一种基于增强现实技术的设备维修辅助方法
Vámossy et al. PAL Based Localization Using Pyramidal Lucas-Kanade Feature Tracker

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210129