【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于計算機視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光測距與雙目相機結(jié)合的標記點定位方法。

背景技術(shù)：

雙目立體視覺是計算機視覺的一個重要分支，廣泛應用于定位、測距、機器人導航等領(lǐng)域。傳統(tǒng)雙目立體視覺技術(shù)的定位誤差隨距離的增加呈指數(shù)形式增長，定位精度大幅下降。激光測距儀在較大的距離范圍內(nèi)能夠提供比較高的定位精度，然而，激光測距僅僅能提供深度信息，無法完成標記點的三維定位。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光測距與雙目相機結(jié)合的標記點定位方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的雙目立體視覺遠距離定位精度低以及激光測距儀僅能提供一維深度信息的問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種激光測距與雙目相機結(jié)合的標記點定位方法，在雙目相機中間設置測距儀，由雙目相機同一時刻采集同一標記點得到左右圖像，通過雙目立體視覺基本原理計算該標記點的粗略位置；根據(jù)粗略位置引導激光測距儀至正對標記點平臺位置，然后采集標記點的準確深度信息，通過準確深度信息反推標記點視差，進而通過準確視差來解算準確水平位置與準確豎直位置。

進一步的，按照以下步驟實施：

步驟1、調(diào)節(jié)雙目相機的焦距至標記點清晰位置，并對雙目相機進行標定，同時手動測量基線寬度b，在所述雙目相機的基線中間設置激光測距儀；

步驟2、雙目相機在同一時刻采集空間物體的同一標記點p(xc,yc,zc)，則在雙目相機上獲取了點p的兩個圖像pleft和pright，它們的圖像像素坐標分別為pleft＝(xleft,yleft)，pright＝(xright,yright),結(jié)合所述基線寬度b以及相機焦距f，又因為yleft＝y(tǒng)right＝y(tǒng)，則得到：

其中，xc、yc和zc是通過雙目相機獲取的標記點的粗略三維坐標；

則視差為：disparity＝xleft-xright；

由此可計算出標記點p在相機坐標系下的三維坐標：

步驟3、根據(jù)步驟2中得到的xc和yc，調(diào)整激光測距儀的位置，使其正對標記點；

步驟4、啟動激光測距儀，利用激光測距儀得到標記點所在平面的高精度深度信息z0，設所述深度信息zc的修正視差為則利用修正的視差信息重新計算xc、yc，得到：

其中，x0、y0和z0為利用利用激光測距儀調(diào)整時差信息后獲取的準確三維坐標。

進一步的，雙目相機和激光測距儀均安裝于高精度移動平臺上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明充分利用雙目相機與激光測距儀各自的優(yōu)勢，結(jié)合激光測距儀在深度信息精度上的優(yōu)勢以及雙目立體視覺在三維定位的特點，用激光測距儀得到精確深度信息修正雙目立體視覺得到的三維位置信息，從而大幅度提高合作標記點的三維定位精度，能夠在遠距離實現(xiàn)標記點的高精度三維定位。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明一種激光測距與雙目相機的結(jié)合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種激光測距與雙目相機的結(jié)合裝置的定位原理圖；

圖3為本發(fā)明一種激光測距與雙目相機的結(jié)合裝置所要定位的目標的表面標記點。

圖中，1.雙目相機，2.激光測距儀，3.高精度移動平臺。

【具體實施方式】

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

本發(fā)明提供了一種激光測距與雙目相機結(jié)合的標記點定位方法，如圖1所示為雙目相機1與激光測距儀2相結(jié)合的高精度合作標記點定位裝置，激光測距儀2位于雙目相機1的基線中間，整套裝置位于高精度移動平臺3上，可以實現(xiàn)圖示x方向與方向的高精度移動。目標物體上貼有棋盤格標記點，其中標記點與目標物體的相對位置已知。

雙目立體視覺的三維重構(gòu)原理如圖2所示，將水平方向定義為x軸，豎直方向定義為y軸，其中基線距b為兩攝像機的投影中心連線的距離；相機焦距為f。設兩攝像機在同一時刻觀看空間物體的同一特征點p(xc,yc,zc)，分別在“左眼”和“右眼”上獲取了點p的圖像，它們的圖像坐標分別為pleft＝(xleft,yleft)，pright＝(xright,yright)。

現(xiàn)兩攝像機的圖像在同一個平面上，則特征點p的圖像坐標y坐標相同，即yleft＝y(tǒng)right＝y(tǒng)，則由三角幾何關(guān)系得到：

其中，xc、yc和zc是通過雙目相機獲取的標記點的粗略三維坐標；

則視差為：disparity＝xleft-xright。由此可計算出特征點p在相機坐標系下的三維坐標為：

因此，左相機像面上的任意一點只要能在右相機像面上找到對應的匹配點，就可以確定出該點的三維坐標。這種方法是完全的點對點運算，像面上所有點只要存在相應的匹配點，就可以參與上述運算，從而獲取其對應的標三維坐標。

從計算原理上分析雙目立體視覺的誤差可以表示為：

其中，f為焦距，b為基線，δd為視差誤差。

由于相機標定、角點定位等步驟都不可避免的會引入誤差，得到的視差會存在較大誤差，本專利利用激光測距得到的準確深度信息z0修正視差。

利用修正的視差信息重新計算xc、yc，得到更準確的三維信息。

計算公式為：

其中，x0、y0和z0為利用利用激光測距儀調(diào)整時差信息后獲取的準確三維坐標。

本發(fā)明一種激光測距與雙目相機結(jié)合的標記點定位方法，在雙目相機1中間設置測距儀，由雙目相機1同一時刻采集同一標記點得到左右圖像，通過雙目立體視覺基本原理計算該標記點的粗略位置；根據(jù)粗略位置引導激光測距儀至正對標記點平臺位置，然后采集標記點的準確深度信息，通過準確深度信息反推標記點視差，進而通過準確視差來解算準確水平位置與準確豎直。

本發(fā)明通過雙目立體視覺對標記點進行識別定位，此時由于距離目標標記點比較遠所得到的位置信息不準確(定位誤差10cm之內(nèi))。然后，通過第一步得到的粗略位置信息引導可在x、y方向上自由移動的裝置平臺，使得激光器能夠打到標記點小平臺上。最后，通過激光測距儀2得到標記點小平臺的準確位置信息，并以此修正雙目立體視覺的視差，并根據(jù)得到的視差修正得到更準確的位置信息(毫米級)。

本方法的發(fā)明點是結(jié)合了傳統(tǒng)雙目立體視覺與激光測距，利用激光測距的準確深度信息修正雙目立體視覺得到的視差信息，提高了雙目立體視覺在較遠距離的定位精度。