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基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法

xiaoxiao2020-07-22  1

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基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,其采用分级采样的方式,在第一次双目数字图像采集过程中,确保了最宽的拍摄视角范围,同时采用了K倍像素下采样,大幅减小了对大视角左视图像和大视角右视图像进行目标物体识别的数据运算量,在第二次双目数字图像采集过程中,同样在最宽拍摄视角范围和最高分辨率条件下,以目标物体为中心、按预设分辨率范围进行逐点采样,有利于后续对目标物体进行立体视觉三维分析的过程中减少数据运算量,提高实时性,并同时保证了目标物体的成像清晰度,从而有效解决基于双目立体成像对目标物体进行立体视觉三维分析的应用中,实时性、视角范围和成像清晰度三方面难以同时兼顾的问题。
【专利说明】基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字图像处理【技术领域】,具体涉及一种基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法。
【背景技术】
[0002]双目立体视觉技术是图像处理【技术领域】中的一个重要分支,其通常借助双目摄像机直接模拟人类双眼处理景物的方式,按照不同视点采集左右两幅图像,用以确定所监测场景的三维结构。与一般的摄影系统只能将三维场景以二维的形式记录而丢掉了大量的信息不同,双目立体视觉系统能够获得场景三维数据,因此在机器人视觉、航空测绘、军事应用、医学诊断及工业检测中得到越来越广泛的应用。
[0003]在工业产品几何参数检测、视频监控等场合,双目立体视觉系统也得到了越来越广泛的使用,目前主要采用双目数字摄像机对工业产品、被监控对象等目标物体进行双目图像采集,从而根据采集到的双目图像,对工业产品的形状、尺寸进行立体视觉三维分析,或者对被监控对象的位置、姿态进行立体视觉三维分析,等等。但是在对目标物体进行三维分析和计算处理的过程中,如果双目数字摄像机左右摄像头的分辨率较高,则双目数字摄像机能够以较宽广的拍摄视角范围采集到被监测场景区域较大的双目图像,并且能够保证双目图像中目标物体的成像也较为清晰,因此能够用以对目标物体进行较为准确的三维分析;但是,较高的分辨率也导致了双目图像的左视图像和右视图像中需要进行匹配分析和三维运算的数据点呈数量级的增加,数据运算量大,从而严重三维分析处理的效率。而如果为了保证立体视觉三维分析和计算处理的实时性,就需要限制双目数字摄像机左右摄像头的分辨率,例如采用640X480的分辨率,以减小对左视图像和右视图像进行匹配分析和三维运算的数据运算量;但是分辨率的减小,如果以较宽广的拍摄视角范围进行双目图像采集,将导致目标物体成像模糊,而如果以较窄的拍摄视角范围进行双目图像采集来保证目标物体成像清晰度,则因视角减小导致被监测场景区域也随之减小,因此单次的双目图像采集可能难以捕捉到目标物体,增加了搜索目标物体的难度,从而导致视角范围和成像清晰度无法得以兼顾。因此,在基于双目立体成像对目标物体进行立体视觉三维分析的应用中,如何在实时性、视角范围和成像清晰度三方面加以均衡兼顾,成为了有待解决的技术问题。

【发明内容】

[0004]针对现有技术中存在的上述不足,本发明的目的在于提供一种基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,用以解决基于双目立体成像对目标物体进行立体视觉三维分析的应用中,实时性、视角范围和成像清晰度三方面难以同时兼顾的问题。
[0005]为解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术手段:
基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,包括如下步骤:
I)根据双目数字摄像机左右摄像头的最高分辨率MXN,设定对目标物体进行立体视觉三维分析处理的预设分辨率mXn,确保M/m=N/n=K, K为大于I的整数;
2)控制双目数字摄像机的左右摄像头以最宽的拍摄视角范围,按最高分辨率,对被监测场景进行第一次双目数字图像采集,且在采集过程中设置左右摄像头进行K倍像素下采样,即每间隔K-1行、且每行间隔K-1个像素点进行像素点采样,从而得到分辨率为mXn的大视角左视图像和大视角右视图像;
3)对大视角左视图像和大视角右视图像进行目标物体识别,并计算目标物体的三维空间位置坐标;
4)保持拍摄视角范围不变,根据目标物体的三维空间位置坐标,调整双目数字摄像机的左右摄像头以目标物体为视角中心,按最高分辨率对被监测场景进行第二次双目数字图像采集,且在采集过程中设置左右摄像头以目标物体为中心、按预设分辨率范围进行逐点采样,得到分辨率为mXn的小视角左视图像和小视角右视图像;
5)利用得到的小视角左视图像和小视角右视图像对目标物体进行立体视觉三维分析。
[0006]上述基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法中,作为一种优化方案,所述最高分辨率M X N的列分辨率M不小于1280、行分辨率N不小于960。上述基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法中,作为一种优化方案,所述预设分辨率mXn的列分辨率m不小于640、行分辨率η不小于480。
[0007]相比于现有技术,本发明具有以下有益效果:
1、本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,在第一次双目数字图像采集过程中,确保了最宽的拍摄视角范围,有利于更迅速的捕获到目标物体图像,降低了目标物体的搜索难度,同时采用了 K倍像素下采样,大幅减小了对大视角左视图像和大视角右视图像进行目标物体识别的数据运算量。
[0008]2、本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,在第二次双目数字图像采集过程中,同样在最宽拍摄视角范围和最高分辨率条件下进行,并以目标物体为中心、按预设分辨率范围进行逐点采样,有利于后续对目标物体进行立体视觉三维分析的过程中减少数据运算量,提高实时性,并且由于小视角左视图像和小视角右视图像是在最高分辨率条件下通过逐点采样获得,能够有效保证目标物体的成像清晰度。
[0009]3、本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,采用了分级采样的方式,相比于现有技术的立体视觉三维分析方法,其总体数据运算量更少,并能够同时兼顾具备较宽的视角范围和较高的成像清晰度,有效解决基于双目立体成像对目标物体进行立体视觉三维分析的应用中,实时性、视角范围和成像清晰度三方面难以同时兼顾的问题。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1为本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法的流程图。
[0011]图2为本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法的处理效果示意图。
【具体实施方式】
[0012]本发明提供了一种基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,该方法的处理流程如图1所示,具体包括如下步骤:1)根据双目数字摄像机左右摄像头的最高分辨率MXN,设定对目标物体进行立体视觉三维分析处理的预设分辨率mXn,确保M/m=N/n=K, K为大于I的整数;
2)控制双目数字摄像机的左右摄像头以最宽的拍摄视角范围,按最高分辨率,对被监测场景进行第一次双目数字图像采集,且在采集过程中设置左右摄像头进行K倍像素下采样,即每间隔K-1行、且每行间隔K-1个像素点进行像素点采样,从而得到分辨率为mXn的大视角左视图像和大视角右视图像;
3)对大视角左视图像和大视角右视图像进行目标物体识别,并计算目标物体的三维空间位置坐标;
4)保持拍摄视角范围不变,根据目标物体的三维空间位置坐标,调整双目数字摄像机的左右摄像头以目标物体为视角中心,按最高分辨率对被监测场景进行第二次双目数字图像采集,且在采集过程中设置左右摄像头以目标物体为中心、按预设分辨率范围进行逐点采样,得到分辨率为mXn的小视角左视图像和小视角右视图像;
5)利用得到的小视角左视图像和小视角右视图像对目标物体进行立体视觉三维分析。[0013]可以看到,本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,通过分级采样的方式,先以最宽的拍摄视角范围、按最高分辨率,对被监测场景进行第一次双目数字图像采集,并在采集过程中采用K倍像素下采样,得到分辨率为mXn的大视角左视图像和大视角右视图像,用以进行目标物体的识别和三维空间位置坐标计算;然后再根据目标物体的三维空间位置坐标,以目标物体为视角中心进行第二次双目数字图像采集,且在采集过程中以目标物体为中心、按预设分辨率范围进行逐点采样,得到分辨率为mXn的小视角左视图像和小视角右视图像用以进行立体视觉三维分析。其处理效果如图2所示。由此,由于第一次双目数字图像采集确保了最宽的拍摄视角范围,有利于更迅速的捕获到目标物体图像,降低了目标物体的搜索难度,同时采用了 K倍像素下采样,使得第一次双目数字图像采集在最高分辨率MXN的分辨率条件下依然得到mXn分辨率的大视角左视图像和大视角右视图像,大幅减小了对大视角左视图像和大视角右视图像进行目标物体识别的数据运算量;而第二次双目数字图像采集虽然同样在最宽拍摄视角范围和最高分辨率条件下进行,但双目数字摄像机的左右摄像头仅以目标物体为中心、按预设分辨率范围进行逐点采样,依然得到mXn分辨率的小视角左视图像和小视角右视图像,因此有利于后续对目标物体进行立体视觉三维分析的过程中减少数据运算量,提高实时性,并且由于小视角左视图像和小视角右视图像是在最高分辨率条件下通过逐点采样获得,能够有效保证目标物体的成像清晰度。可见,本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,较好的兼顾了实时性、视角范围和成像清晰度三方面的要素。
[0014]另一方面,由于立体视觉三维分析的数据运算量,是随着双目图像的分辨率的增加而呈几何倍数增加的;如果双目图像的分辨率增加为2倍mXn,则立体视觉三维分析的双目图像数据运算量则相应增加为4倍mXη ;如果双目图像的分辨率增加为3倍mXn,则立体视觉三维分析的双目图像数据运算量则相应增加为9倍mXn;……。也就是说,在保证目标物体的成像清晰度相同的情况下,如果直接采用最高分辨率MXN的双目图像(相当于K倍mXn分辨率,K ^ 2)进行立体视觉三维分析,则双目图像数据运算量则相应增加为K2倍mXn。而本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,仅需要对分辨率为mXn的大视角左视图像和大视角右视图像进行目标物体识别,以及对分辨率为mXn的小视角左视图像和小视角右视图像进行立体视觉三维分析,仅相当于2倍mXn的双目图像数据运算量。由此可见,本发明基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法的总体数据运算量,也比现有技术的立体视觉三维分析方法更少,从而能更好的保证分析处理的实时性。
[0015]当然,在兼顾实时性的同时,为了更好的确保视角范围和成像清晰度,本发明的目标物体立体视觉三维分析处理方法适宜采用最高分辨率参数较高的双目数字摄像机,其最高分辨率MXN的列分辨率M最好不小于1280、行分辨率N最好不小于960,以避免在第一次双目数字图像采集时,K倍像素下采样后所得的大视角左视图像和大视角右视图像清晰度过低,应影响目标物体的识别精度;而预设分辨率也不宜设置过小,预设分辨率mXn的列分辨率m最好不小于640、行分辨率η最好不小于480,使得第二次双目数字图像采集所得的小视角左视图像和小视角右视图像能够更好地确保对目标物体图像的完整采集,避免影响对目标物体进行立体视觉三维分析的准确性。
[0016]最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,其特征在于,包括如下步骤: 1)根据双目数字摄像机左右摄像头的最高分辨率MXN,设定对目标物体进行立体视觉三维分析处理的预设分辨率mXn,确保M/m=N/n=K, K为大于I的整数; 2)控制双目数字摄像机的左右摄像头以最宽的拍摄视角范围,按最高分辨率,对被监测场景进行第一次双目数字图像采集,且在采集过程中设置左右摄像头进行K倍像素下采样,即每间隔K-1行、且每行间隔K-1个像素点进行像素点采样,从而得到分辨率为mXn的大视角左视图像和大视角右视图像; 3)对大视角左视图像和大视角右视图像进行目标物体识别,并计算目标物体的三维空间位置坐标; 4)保持拍摄视角范围不变,根据目标物体的三维空间位置坐标,调整双目数字摄像机的左右摄像头以目标物体为视角中心,按最高分辨率对被监测场景进行第二次双目数字图像采集,且在采集过程中设置左右摄像头以目标物体为中心、按预设分辨率范围进行逐点采样,得到分辨率为mXn的小视角左视图像和小视角右视图像; 5)利用得到的小视角左视图像和小视角右视图像对目标物体进行立体视觉三维分析。
2.根据权利要求1所述基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,其特征在于,所述最高分辨率MXN的列分辨率M不小于1280、行分辨率N不小于960。
3.根据权利要求1所述基于分级采样的目标物体立体视觉三维分析处理方法,其特征在于,所述预设分辨率mXn的列分辨率m不小于640、行分辨率η不小于480。
【文档编号】G06T17/00GK103927757SQ201410179966
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】刘强强, 王嘉 申请人:重庆环视科技有限公司

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