一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，通過雙目相機(jī)獲取前后兩幀四副圖像，提取四副圖像中可靠的特征點(diǎn)，然后對(duì)該特征點(diǎn)進(jìn)行三維重建，計(jì)算圖像的場(chǎng)景流，接著，將具有相似運(yùn)動(dòng)的特征點(diǎn)聚類，從而檢測(cè)出場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)的物體。
【專利說(shuō)明】一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，具體涉及一種搭載在空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)上的雙目立體相機(jī)對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空間繩系機(jī)器人系統(tǒng)由“繩系機(jī)器人+空間系繩+空間平臺(tái)”組成，具有安全、靈活、操作距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于包括在軌維修、在軌加注、輔助變軌及在軌空間站輔助組裝等在軌服務(wù)中，已經(jīng)成為空間操控【技術(shù)領(lǐng)域】的研究熱點(diǎn)之一。這種新型的微型智能機(jī)器人，在空間可以自主逼近目標(biāo)。在其逼近的過程中利用自身攜帶的雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、跟蹤與測(cè)量。其中最關(guān)鍵的步驟首先是動(dòng)態(tài)背景下對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)提取，這涉及到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)。
[0003]目前運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人導(dǎo)航、武器制導(dǎo)、交通流量監(jiān)測(cè)、人體運(yùn)動(dòng)分析、視頻壓縮等諸多方面，涉及到計(jì)算機(jī)視覺、模式識(shí)別、統(tǒng)計(jì)學(xué)、圖像理解等諸多研究領(lǐng)域，是圖像處理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。由于空間繩系機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性導(dǎo)致其攜帶的攝像機(jī)存在自主運(yùn)動(dòng)，與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得問題變得更加難以解決，這將對(duì)后續(xù)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)極為不利。
[0004]對(duì)于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)問題，常用的一種方法需要先消除相機(jī)自身運(yùn)動(dòng)，即將同一場(chǎng)景的不同角度或位置拍攝的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，然后檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。但是這種方法需要先消除相機(jī)自身運(yùn)動(dòng)，使得整個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法比較復(fù)雜，步驟較多，整個(gè)算法的穩(wěn)定性和精度也難以保證。
[0005]本專利針對(duì)繩系機(jī)器人上搭載的攝像機(jī)發(fā)生自運(yùn)動(dòng)時(shí)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的問題，提出了一種基于稀疏場(chǎng)景流的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)背景下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)的不足，提供一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，該方法具有良好的魯棒性，且操作簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種空間繩系機(jī)器人運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，通過雙目相機(jī)獲取前后兩幀四副圖像，提取四副圖像中可靠的特征點(diǎn)，然后對(duì)該特征點(diǎn)進(jìn)行三維重建，計(jì)算圖像的場(chǎng)景流，接著，將具有相似運(yùn)動(dòng)的特征點(diǎn)聚類，從而檢測(cè)出場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)的物體。
[0009]提取圖像中可靠的特征點(diǎn)的方法為:首先檢測(cè)出特征點(diǎn)，然后對(duì)得到的特征點(diǎn)進(jìn)行篩選，保留匹配的特征點(diǎn)。
[0010]所述三維重建的方法為:
[0011]假定匹配特征點(diǎn)在雙目相機(jī)圖像中的坐標(biāo)分別為:x = [uL, vL]T, χ = [uE, vK]T，則該特征點(diǎn)映射到世界坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)X= [X，Y, Z]T e R3為:[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:通過雙目相機(jī)獲取前后兩幀四副圖像，提取四副圖像中可靠的特征點(diǎn)，然后對(duì)該特征點(diǎn)進(jìn)行三維重建，計(jì)算圖像的場(chǎng)景流，接著，將具有相似運(yùn)動(dòng)的特征點(diǎn)聚類，從而檢測(cè)出場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)的物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:提取圖像中可靠的特征點(diǎn)的方法為:首先檢測(cè)出特征點(diǎn)，然后對(duì)得到的特征點(diǎn)進(jìn)行篩選，保留匹配的特征點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:所述三維重建的方法為:假定匹配特征點(diǎn)在雙目相機(jī)圖像中的坐標(biāo)分別為:X= [uL, vL]T,x =[UE, vE]T,則該特征點(diǎn)映射到世界坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)X = [X，Y，Z]T e R3為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:假定特征點(diǎn)映射到世界坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)點(diǎn)的速度V在5幀的時(shí)間段t內(nèi)是恒定的，t=0.5s,則所述場(chǎng)景流根據(jù)以下公式計(jì)算:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:具有相似運(yùn)動(dòng)的特征點(diǎn)聚類的方法為:以檢測(cè)到的匹配特征點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)使用Delaunay三角剖分進(jìn)行連接，得到Delaunay三角形集合T，對(duì)得到的三角形集合T中的每個(gè)三角形邊線的兩個(gè)頂點(diǎn)的場(chǎng)景流之差進(jìn)行閾值判斷，得到具有相似場(chǎng)景流的特征點(diǎn)的聚類。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:具有相似運(yùn)動(dòng)的特征點(diǎn)聚類的方法為:對(duì)同一條邊線上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)i和j定義它們的場(chǎng)景流之差，比較同一條邊線上的兩節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景流之差，如果差值不超過給定的閾值，則保留該條邊線，否則移除該邊線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:檢測(cè)出場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)的物體后，對(duì)錯(cuò)誤檢測(cè)到的靜態(tài)物體進(jìn)行剔除，以確保運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的可靠性和穩(wěn)定性，剔除的具體方法為:檢測(cè)得到物體的區(qū)域的尺度范圍如果超出合理尺度范圍，則從檢測(cè)結(jié)果中剔除，所述尺度范圍指物體在圖像中占據(jù)的區(qū)域范圍，所述合理尺度范圍為120像素X30像素。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于:檢測(cè)出場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)的物體后，對(duì)檢測(cè)到的對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以確保運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的可靠性和穩(wěn)定性，關(guān)聯(lián)的具體方法為:假設(shè)檢測(cè)到的物體的速度在時(shí)間間隔At=O^s內(nèi)是不變的，根據(jù)物體在前一時(shí)刻檢測(cè)出的位置和速度，預(yù)測(cè)出當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)位置，再考慮到可接受范圍內(nèi)的測(cè)量誤差和預(yù)測(cè)誤差，在當(dāng)前預(yù)測(cè)位置周圍放置一個(gè)路徑門限，然后在當(dāng)前時(shí)刻判斷物體的檢測(cè)位置是否落在這個(gè)預(yù)測(cè)路徑門限內(nèi)，如果落在了預(yù)測(cè)路徑門限內(nèi)，那么認(rèn)為該物體檢測(cè)正常；否則， 認(rèn)為物體檢測(cè)丟失；檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)物體至少在兩個(gè)連續(xù)的時(shí)間步驟At都被正確檢測(cè)，并且在檢測(cè)的過程中，至多丟失一次，那么才確定其為正確檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)物體，否則認(rèn)為其為誤檢測(cè)，應(yīng)予剔除，最終保留下來(lái)的，即為最終檢測(cè)出的場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)物體，其中，所述路徑門限為以預(yù)測(cè)位置為中心，以I米為半徑的空間球形區(qū)域。
【文檔編號(hào)】G06T7/20GK103955948SQ201410133651
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】黃攀峰, 張彬, 蔡佳, 孟中杰, 劉正雄 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)