專利名稱：激光輔助機器視覺測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測距裝置，尤其是涉及一種激光輔助機器視覺測距裝置。
背景技術(shù)：
在動態(tài)運動中，測距裝置具有廣泛的應(yīng)用，例如汽車防追尾系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是車輛測距、測速技術(shù)，名為“汽車防撞控制方法及汽車防撞警示裝置”(公布號CN101293503)就是這種應(yīng)用?，F(xiàn)在運用在汽車上的測距技術(shù)有毫米波雷達測距、激光測距、超聲波測距、視頻成像系統(tǒng)測距，紅外線測距以及機械視覺測距等多種方法。毫米波雷達測距利用目標反射的電磁波發(fā)現(xiàn)目標并測定位置，具有不受天氣條件和障礙物形狀限制等優(yōu)點，然而目前毫米波雷達的成本較高，而且受限于功率，探測距離也不夠理想。激光測距是利用窄光速對某一地區(qū)進行掃描，并根據(jù)反射光確定目標位置的方法，激光測距范圍大但易受外界條件影響。機器視覺是一種模擬人眼的探測技術(shù)，根據(jù)多個攝像頭對同一目標圖像的信息進行不同的計算，確定目標的位置。機器視覺測距技術(shù)的關(guān)鍵在于確定可以代表目標的特征點。這項技術(shù)成本低、探測距離遠，但計算量較大，響應(yīng)速度較慢。諸多測距技術(shù)難以在避撞系統(tǒng)中普及應(yīng)用，其主要原因是各有技術(shù)上的弱點或造價高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型主要目的是提供一種成本低、探測距離遠、計算量較大、響應(yīng)速度快的測距裝置。本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種激光輔助機器視覺測距裝置，包括攝像裝置、激光發(fā)射裝置、數(shù)據(jù)采集及處理裝置以及控制系統(tǒng)，其特征在于所述的攝像裝置不少于兩個；至少有兩個攝像裝置之間設(shè)置激光發(fā)射裝置，且與激光發(fā)射裝置的距離相等。使用攝像頭和攝像頭對物理場景進行視頻采集，數(shù)據(jù)采集后處理裝置計算目標空間坐標以及距離計算。激光發(fā)射裝置發(fā)射激光束，并使用激光光斑中心作為系統(tǒng)唯一的特征點，特征點數(shù)目的降低意味著計算量的大大減少，不僅可測量的距離更遠，而且特征點數(shù)目的降低使系統(tǒng)響應(yīng)更快速，計算量的減少降低處理系統(tǒng)的要求，響應(yīng)地可以降低成本。為提高測量精度，作為優(yōu)選，所述的攝像裝置三個時呈三角形設(shè)置。兩個攝像裝置可基本確定測量的距離，引入第三個攝像裝置，可更精確地計算真實物理空間被測量物的位置。作為優(yōu)選，所述的攝像裝置沿行車方向設(shè)置，設(shè)于汽車后視鏡或車頂或前保險杠上。用于防止前方追尾，且便于攝像裝置對稱地安裝。因此，本實用新型具有結(jié)構(gòu)合理的特點，尤其是具有成本低、探測距離遠、計算量較大、響應(yīng)速度快的有益效果。

[0008]附圖1是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是雙目成像原理圖。附圖3是兩攝像頭成像圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例本實用新型一種激光輔助機器視覺測距裝置，如附圖1所示，其包括攝像裝置1、激光發(fā)射裝置2、數(shù)據(jù)采集及處理裝置以及控制系統(tǒng)。攝像裝置I不少于兩個，至少有兩個攝像裝置I之間設(shè)置激光發(fā)射裝置2，且與激光發(fā)射裝置2的距離相等；攝像裝置I為三個時呈三角形設(shè)置。攝像裝置I沿行車方向設(shè)置，設(shè)于后視鏡或車頂或前保險杠上。本實用新型的主要原理如下I機器視覺工作原理及改進方法。機器視覺主要是用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機器視覺技術(shù)最大的特點是速度快、信息量大、功能多。1.1機器視覺測距技術(shù)。機器視覺測距技術(shù)就是利用多個攝像頭對同一特征點所拍攝的圖像信息進行距離測算。整個測距過程分為兩步，一是計算目標空間坐標，二是距離計算。1.1.1坐標計算。使用三個攝像頭(即攝像裝置)即采集到的圖像來對物理場景建模，將三個攝像頭分為匹配的兩組，分兩次來對圖像進行處理實現(xiàn)對物理場景的建模，我們將3個攝像頭進行編號，分別為I號攝像頭，2號攝像頭和3號攝像頭，在對物理場景進行建模時，首先使用I號攝像頭和2號攝像頭對物理場景進行視頻采集，然后使用I號攝像頭和3號攝像頭來對物理場景進行視頻采集，將攝像頭分為兩組采集而來的圖像信息進行處理而得到對于物理場景的建模。計算真實物理空間P點位置的原理如下如圖2所示，世界坐標系(X，Y, Z)中的空間任意點P，分別由I號攝像頭及2號攝像頭來拍攝，在圖3中I號攝像頭位于圖像左邊，2號攝像頭位于圖像右邊，如果P點是一個真實存在的點，則它必定在兩個攝像頭成像平面上成像，若P在兩個成像平面上分別成像于Pl和P2，它們在各自攝像頭坐標系XOY平面中的坐標分別為(ul，vl )及(u2，v2 )。由典型的攝像頭針孔成像模型知，P，Pl必在一條直線上，P，，P2也必在一條直線上，攝像頭與成像平面的距離為焦距f，真實空間中的P點與它們在I號攝像頭以及2號攝像頭成像平面中成的像Pl點及P2點的射線正好交于一點，這點即為空間物理點P的位置。除此之外，還需要考慮兩個攝像頭成像平面的坐標系與世界坐標系的關(guān)系，通過攝像頭拍攝單幅圖片來確定攝像頭與世界坐標系中原點的偏差(Cxl，Cyl)以及(Cx2，Cy2)，可以得到兩個攝像頭成像平面坐標系相對于世界坐標系的旋轉(zhuǎn)矩陣Rl和R2，以及它們相對于世界坐標系的位移矩陣Tl和T2。Rl和R2都是3X3的矩陣，Tl和T2是一個3X I的矩陣。假設(shè)拍攝兩幅圖像的I號攝像頭以及2號攝像頭的旋轉(zhuǎn)矩陣分別為Rl和R2，位移矩陣分別為Tl和T2，通過投影變換我們可以將同一物理坐標轉(zhuǎn)換為不同攝像頭坐標系下，P點在I號攝像頭和2號攝像頭上成像于Pl和P2點，根據(jù)攝像頭成像的線性理論，求出P點在世界坐標系下的坐標X、Y、Z。通過I號攝像頭與2號攝像頭對真實物理空間的P點進行計算之后，可能會出現(xiàn)一些虛交的交點，如圖2所示，P’為I號攝像頭與2號攝像頭虛交的點，處于同一直線上的點Pl和P2，分別被I號攝像頭和2號攝像頭拍攝，因為計算真實物理空間P點位置的時候是通過其在I號攝像頭以及2號攝像頭拍攝的成像點位置來計算的，因此就可能出現(xiàn)在兩個成像點與攝像頭虛交的位置P’，引入3號攝像頭，將I號攝像頭和3號攝像頭分為一組，同樣使用上述方法來進行計算真實物理空間P點的位置，如果P點是I號攝像頭與2號攝像頭虛交所形成的點P’，那么它就不能在I號攝像頭與3號攝像頭中成像，這樣就有效去除了很多干擾點，也增加了計算的精確度。I號攝像頭與3號攝像頭計算物理空間P點的方法與之前相同。對于真實物理空間存在的P點，必定在兩個方程組里同樣有解，通過兩次計算來實現(xiàn)對與真實物理空間點P的計算。1.1. 2距離計算在計算距離之前首先要判斷特征點。一般來說，特征點位于圖像輪廓線急劇銳轉(zhuǎn)的兩側(cè)(及拐角兩側(cè))，以及較平直曲線與大曲率弧線的交接部位，另外也包括拐點，即凹凸向相反的曲線結(jié)合處。確定特征點之后需要對它們進行匹配，去除干擾點。匹配判定方法如下假設(shè)兩個強特征點的空間坐標分別為Zl (xl，yl, Zl)及Z2 (x2, y2, z2)，那么可計算Zl與Z2兩點間距離Z，如果兩個匹配點間的空間距離遠遠大于攝像頭的解析精度，那么可以認為這兩個強特征點之間是不匹配的。不匹配的特征點被稱作干擾點，需要在計算距離之前消去。消去干擾點之后即可根據(jù)兩點間距離公式計算距離。本文取所有特征點與系統(tǒng)距離的最小值為所求值。1. 2借助激光的機器視覺測距技術(shù)1.1節(jié)介紹了機器視覺測距技術(shù)的基本原理，在汽車主動防追尾系統(tǒng)的應(yīng)用中它仍有以下不足1.受天氣和光線限制一旦遭遇雨雪、大霧等惡劣天氣或是夜晚等光線不足的環(huán)境，常規(guī)的機器視覺測距系統(tǒng)會失效。2.響應(yīng)速度較慢由于常規(guī)機器視覺測距技術(shù)選定的特征點數(shù)目較大(平均每次判定20-30個特征點)，根據(jù)坐標計算方法每個特征點至少需要解兩組方程，導(dǎo)致了巨大的總計算量，從而影響了響應(yīng)速度。針對以上兩個問題，本文提出了將借助激光輔助機器視覺進行測距的方案。具體方法為在車頭安裝激光發(fā)射器向前發(fā)射激光束，并使用激光光斑中心作為系統(tǒng)唯一的特征點，特征點數(shù)目的降低意味著計算量的大大減少。另外由于激光光斑非常醒目，Open CV對這樣的特征點識別速度較快。這兩方面使得這種測距方法的響應(yīng)速度快，實時性大大提高，節(jié)約了寶貴的反應(yīng)時間。受益于激光的穿透性，這種測距方案在光線不足或是氣象條件惡劣的情況下依然可以發(fā)揮作用。實例說明以三個攝像頭、10米的目標進行測距測試。當距離為10米時，傳統(tǒng)機器視覺測距系統(tǒng)平均有2. 84%的誤差率，平均反應(yīng)時間為O. 254秒，而采用激光輔助后，這兩項數(shù)據(jù)降為O. 9%和O. 116秒。實驗數(shù)據(jù)如下，時間單位為秒機器視覺距離10. 21 10. 35 10. 24 10. 37 10. 25誤差2. 1% 3. 5% 2. 4% 3. 7% 2. 5%時間O. 24 O. 27 O. 22 O. 28 O. 26激光輔助距離10. 12 10. 09 10. 08 10. 10 10. 06誤差1. 2% O. 9% O. 8%1. 0% O. 6%時間O. 12 O. 10 O. 11 O. 13 O. 12。
權(quán)利要求1.一種激光輔助機器視覺測距裝置，包括攝像裝置(I)、激光發(fā)射裝置(2)、數(shù)據(jù)采集及處理裝置以及控制系統(tǒng)，其特征在于所述的攝像裝置(I)不少于兩個；至少有兩個攝像裝置(I)之間設(shè)置激光發(fā)射裝置(2)，且與激光發(fā)射裝置(2)的距離相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光輔助機器視覺測距裝置，其特征在于所述的攝像裝置(1)三個時呈三角形設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光輔助機器視覺測距裝置，其特征在于所述的攝像裝置(I)沿行車方向設(shè)置，設(shè)于后視鏡或車頂或前保險杠上。
專利摘要本實用新型涉及一種激光輔助機器視覺測距裝置，包括攝像裝置、激光發(fā)射裝置、數(shù)據(jù)采集及處理裝置以及控制系統(tǒng)，攝像裝置不少于兩個；至少有兩個攝像裝置之間設(shè)置激光發(fā)射裝置，且與激光發(fā)射裝置的距離相等。使用攝像頭和攝像頭對物理場景進行視頻采集，數(shù)據(jù)采集后處理裝置計算目標空間坐標以及距離計算。激光發(fā)射裝置發(fā)射激光束，并使用激光光斑中心作為系統(tǒng)唯一的特征點，特征點數(shù)目的降低意味著計算量的大大減少，不僅可測量的距離更遠，而且特征點數(shù)目的降低使系統(tǒng)響應(yīng)更快速，計算量的減少降低處理系統(tǒng)的要求，響應(yīng)地可以降低成本。
文檔編號G01C3/00GK202903176SQ20122048131
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者孫斌 申請人:孫斌