一般位置上的双摄像头立体视觉测距

1、 146 价值工程一般位置上的双摄像头立体视觉测距Distance Measurement from Double Webcams Stereo Vision in General Positions柳有权 Liu YouquanjT炳源 Ding Bingyuan(长安大学信息工程学院，西安710064)(School of Information Engineering * Chang zan University f Xi an 710064,Chiu)摘要：水文基千-MUX上的双普遇櫃像头通过立体视觉的方法进行测距研丸.为了减少橋课匹配点叶的金敦先采同Harris角点枚测法对 双損像头

2、期茯的的幅田像进行角点检测然后将竣测出的角点作为候逸待征点，姑合SIKT立体匹配鼻法实现对虫点的区配从而进一步进行测 距方法提高了测距的林度.Abstract: With two webcams in general position the distance is measured based on stereo vision technology To avoid too many wrong matching points. Harris comer detection algorithm is uaed Grady providing candidate malching poinU

3、for SiFT algorithm. In such a way the accuracy of the distance measurement is improved obviously.关at词：立m丸；双圾假头;SIFT； Harris角点检测；测距Key words: S(ereo vision； double webcams； SIFT； Harris comer H祝ection； distance measurement中图分类号:TP34文眦标识码:A文章编号：1006-4311(2011)07-0146-02 146 价值工程 146 价值工程0引育双目立体观觉测距利用视

4、差原理，处理不同视角下获取的对同 一场II的两博图像，从而恢复出物体的三维几何信息，并测得空间 距离。在双目立体视觉中，级像机标定和立体匹配是最关镇技术，所 以当今双目立体视觉的理论研究，集中在扭像机标定方法和立体匹 配算法的研究|宀。摄像机标定用于获取摄像机的内外参数，立体匹 配是寻找对应图像中的共馳像点。1图像坐标系、摄像机坐标系和世界坐标系如图I所示，图像每一个像素的坐标(IMT)只表示像素位于数组 中的列数与行数因此，需要建立以初理单位(如蹇米)表示的图像坐标系，该坐标系以图像内某一点0,为原点,X轮与Y轴分别与U、v轴平行，如图I所示。其中(u,v)表示以 像秦为单位的图像坐标系的坐

5、标i(X,Y) 农示以毫米为单位的图像坐标系的坐标。 在OXY坐标系中，原点0,定义在摄像机 光轴与图像平面的交点，该点一般位于图 像中心处，但由于某些原因，也会有些偏 离，若O在uv坐标系中坐标为(uo.vo),每 一个像素在X轴与Y紬方向上的物理尺S1图像坐标系0点称为慑像机光心山轴 和y轴与图像的X轴与Y 轴平行门轴为摄像机光 轴，它与图像平面垂直。光 轴与图像平面的交点，即 为图像坐标系的原点，由 点0与x.y.zta组成的直 角坐标系称为摄像机坐标 系。00.为摄像机焦距。由于摄像机可安装在 环境中的任意位在环 境中选择一个基准坐标系 束描述摄像机的位廉，并寸为dX、dY,则图像中任

6、意一个像素誉两个坐标系下的坐标有如下U* 0 %X关系：VsA1Y110 0 1(1)基于针孔相机假设，摄像机成像几何关系可由图2所示。其中作者简介曲有权(1974),男,湖北移归人,M,8燉授，主要研究方向为虚禺现实技术。好的Tftpd32.exe，再运行ChostSnr.exe，设置会话名称、选择创建镜 像、在镜像文件选项后点击划览，把将要收集的镜像命名后保存到 一个较大的坯盘中燃后点击接受客户端。打开已配首好的样机，设 置网卡从PXE启动或空动时按m( RTU139网卡适用)，使样机从 网络启动，启动后会自动进入Ghot客户端。在客户端Chost上选择 GhoHlCaat再选Multic

7、ast. A会话夂称诜舜之锣俊的/傑设 置完后开始收集全盘镜像，收集完后在发送裁务器中会产生一个客 户端的全盘钱像。32分发样机全盘镜儼分发镜像和收集镜像的方法大体相 同，只星分发镜像时在GhoslSrv.exe中选择的是从镜像恢复,在镜像 文件选项后的浏览选项中选的是已经收集的镜像文件然后要等所 有的客户机都连接到发送服务器后，再点击开始克隆按钮传送镜像 文件，发送完毕厉畫启客户机宪成克陟。4计算机名和IP地址的修改与xx.y.z.lF,于是存在如下关系：XyZ=M, Y. J111用它描述环境中任何物体的位，该坐标系称为世界坐标系。它由 X.、Y.、Z轴组成。摄像机坐标系与世界坐标系之间的

8、关系可以用 炭转矩阵R与平移向来描述因此,空间上某一点P在世界坐 标系与摄像机坐标系下的齐次坐标如果分别是X.=( X,Yw,ZwJ )T(2)其中，R为3x3正交单位矩阵;t为三维平移向*：0=(0,0,0)T； M2力4x4矩阵。2双目立体视觉系统的测原理双且立体视觉测利用三角法原理获取三维信息。两个摄像机 的图像平面同祓测物体之间构成一个三角形。已知两摄像机之间的 位置关系，便可以获取两扱像机公共视场内物体的三维尺寸及空间 物体特征点的三维坐标。双目文体視觉系统一般由两个摄像机或者对所有的客户机网络克隆完成后会出现一个问题，计算机名和 IP地址会和样机宪全一样，所以需要对每台客户机进行更

9、改，如果 是手动更改则费时费力，可以使用IP修改工具进行修改,只耍在IP 修改工具对话框中的本机机号选项输入客户机的机号，枝确定按钮 后重启计算机。5侏束语本文利用PXE启动技术和Ghost多播克降技术左甚校机房中 的运用，解决了机房管理与维护的一些实际问题，但是网络克隆也不 可能一劳永逸的解决所有的问38.因此，我们应该不断的实践和探 索，解决更多的实际问題，来滅轻实践教师的负担，提高工作效率。參考文献：【1|扬云等计算机网络技术与实训(第二版)(M.北京:中国铁道出版社， 2009.199-207.郑羽毎干PXE技术的冋络克俺的实现(Jj电脑学习.2010(1 )；53-54.Value

10、Engineering147X.q 0 0xX.ft 0 0Y.X0 ( 0YB,Y.二Q ft Qy.10 0 1i10 0 12而O-xyz坐标系与Orw 坐标系之间的相互位关系可通过 空间转换矩阵虬表示为：(3)于是,空间点三维坐标可以表示为: XSzXf/iy=zY/(5)(6)序号右住风*住三值金标1I9M3I60J670.-I43-44J2.772IKM7146/06.-1454411.932I2J2I?t467V1453461IM416411303I.MS199317371.-14344157*由一个运动的摄像机构成。本文对两个摄像机的摆放位不做特别 要求。医3表示的是两个摄像头

11、位任意放时的双目成像原理。PS3双目立体龔觉中的空间点三设左播債机O-xyx位子它界坐标系的原点处且无炭转，图(t坐 标系为Ol和环有效焦距为;右損條机坐标系为0-“知图像坐标 系为a&yx,有效焦距为仃由摄像机透视变换模型由(4)其中RtT分别为坐标系Or”与坐标系0厂之间的旋转 矩阵和原点之间的平移变换矢。由式(3)-(4)可知，对于坐标系 Or”中的空间点，两摄傑机羽像平面点之间的对应关系为： A)顾石兀丫严也)7 (r,斗性Y严亿)Yr(r7Xf*r1Yl4lrt)4f(r4X1+r5Yl+f,rJ因此，已知焦距Uf,和空间点在作左右摄僮机中的图俅坐标, 只要求出旋转矩阵R和平移向T就

12、可以得到被测物体点的三维 空间坐标。3实验及分析在实际应用中，一些立体視觉系统的摄像机之间保持着平行关 系,而本文所研究的是一般性的双目立体视觉系统。本文采用张正 友的棋盘标定法计算損*机内參和外參，这种方法种定标模板简单 易做,而且标定过穆只需将平面模板技任意角度在摄惊机前放即 可，易于实施。HarrU角点检测長一种比较成熟的角点检测算法，本 文利用它为SIFT立体匹配算法提供候选匹IE点对，如图4所示，这 样避免SIFT算法陷入局部最优,形成过多的错渓匹配待征点对，导 致测距穡度的下降，如图5号示。图S立体匹ett(白色理R为找SI的希征点连饯)由于巳知两个摄像头的内外參矩阵，因此根据公式

13、(6),可以求 出各特征点所对应的三维坐标。本文基于OpenCV结合VS2OO5编 程实现了整个算法，并通过静尺多次测世界坐标系0点与目标物 的实际距离，并对比给出三维测距误菱，如表1所示。1三備结果由表1中的数据可以得出，三维晝建的结果与实际距處有一定 的误差经分析可知，造成為距溟差的囚索育以下几点:摄像机标 定误差：摄像机的标定过程实际上屋利用摄像机的理製几何構Sh 通过多组已知的三雄空间点坐标与其对应的二维图像点半标，求解 出摄徐机模型的内外參数。考虫到摄像机光学系统的设计与加工误 差的存在，由摄像头获取的图他存衣徉向的变和切向酚变，即是考 虑到二者的因素，但相应的补偿系数的取值不能做到

14、十分准确。而 且，本文选甘第一幅标定图像的外參矩阵为系统的外参数矩阵，计 算过程中由于外參数的不箱确性，必泯会造成计算误差。以上所述 的因素造成了摄像机标定结果的溟差存在。特征点的提取与匹死 误差:本文实验中所使用的左右摄像机为普通的网络摄偉头，图像 的采集质受光线、邃廠等因If的影响比较大;待征点提取.匹配点 对的判断算法中,待征点提取及匹配点判定时阑值的选择没有一定 的标准，针对不同的场最或光照条件，阈值无法自适应；以上因累均 会引起淇差。测渓爰:由干实验条件所限,本实验采用僂尺进行 多次测来确定目标物到世界燮标系0点的距在确定坐标系0 点和读取距克值时会出现不可遍免的误差。4结论本文基于

15、消费级的双网络握像头，在一般位JI进行基于立体 视觉的空间位测距。为了减少错误匹配点对的个数，先采用 Harris角点检测法对两幅图像进行角点检测,检测出的角点作为候 迭特征点，使得SIFT立体匹配算法更加精确,从而进一步提高了测 距的稿度。金伟其双目立体观觉技术的实现及以进展小电子 技术应用.2004X10).白明庄严王伟双目立体Kid*法的邑究与进JKJJ戍制 与决 *,2008X7).3HK开満王任杰林小玲机器人双目快觉廉统的算法研究 与实城J)计算 ms.2008.(3)-4蜕文明，刘彬李U漬干双目視覚的三中特征点 提取及匹配算法的研咖光学技术.20080).卜闻志东牛建军,*覚丹于立体視觉的三ttW 方法 果嫌仿真学报,20074般位置上的双摄像头立体视觉测距作者：柳有权，丁炳源,柳有权，丁炳源，Liu Youquan， Ding Bingyuan作者单位:刊名：长安大学信息工程学院西安,710064价值工程叵！英文刊名： 年，卷(期):VALUE ENGINEERING2011,30(7)参考文献(5条