一种基于计算机视觉的低成本室内空间测量系统设计与实现

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lw— o tUS a r s f ri d o a g ti g a t r ,e lt c u ae me s r me to e s ai l o a o ft e t r e. o c s B c me a o n o r tr e ma e c p u e r a — me a c r t a u e n ft p t c t n o a g t i h al i h T e s h me s s Z a gs lg r h h c e u e h n ' a o i m t ai r t t e c me as i t n i a d x r sc a a tr , e i s a smp e a d t o c l a e h a r ' n r sc n e t n i p r me e s d sg i l n b i i n e e t e i g rc s i g meh d t o l e i f e c f n o re v r n n , n e s s t e b n c l rvso e r o f ci ma e p o e sn t o o s v e t n u n e o d o n io me t a d t n u e h i o u a iin t oy t v h l i h h c mp t e p st n o e tr e . h x e me t h w a y tm a u e n ro s a 5 m/ te d t p ae o u e t o i o ft g t T e e p r n o s t t se me s r me t r ri l st n 1 n, aa u d t h i h a i s h s e se h h r t f 1 , n e sn e so e id o o o sp s in d ae o 5 Hz a d i me t e d ft n o rr b t o i o e . t h t Ke r s: o u e iin;me s r me ts se ;c me a c i r t n;i g r c s i g y wo d c mp trv s o a u e n y t m a r a b a o l i ma e p o e sn
3 功 能模 块 算 法 设 计 与 实 现
O e C 是 一 个 开 源 的 计 算 机 视 觉 库 嘲 由一 系 列 C函 数 pn V , 和 少 量 C + 构 成 , 实 现 图 像 处 理 和 计 算 机 视 觉 方 面 的 很 +类 可
部 , 通 过 U B接 口连如 。室 内实
种仿 真机器人 动态行 走导航系统阁 。文献f1 3中研究 了一种利
用 双 目立 体 视 觉 系 统 定 位 手 术 器 械 的 方 法 , 外 科 手 术 提 供 为 了 一 定 的 辅 助 作 用 笔 者 研 究 的室 内 空 间 测 量 系统 , 要 用 于 实 时 测 量 室 内 主 小 型 飞 行 或 地 面移 动 机 器 人 的空 间 位 置 。测 量 精 度 要 求 : ≤ 2 0mm; 时 性 要 求 : 1 z 实 ≥ 0H 。通 过 3个 低 成 本 的 U B摄 像 S
作者 简介 : 荣明(9 4 ) 男, 李 1 8一 , 江苏徐 州人 , 士研 究生。研 究方向 : 觉定位 。 硕 视
— .
2 — 2.
李 荣明 , 等 一种基 于计 算机 视 觉 的低 成 本 室 内空 间测 量 系统设 计 与 实现
2 系统 总体 设 计
2 1 硬 件 设 计 .
第 1 9卷 第 1 5期
Vo .9 11 No 1 .5
电子 设计 工 程
E e to i sg n i e r g l cr n c De in E gn e i n
2 1 年 8月 01
Au .2 g 011

种 基才计算机视觉的低 成本室内空间测量
系统设 计 与实 现
头 对 静 止 或 运 动 目标 ( 上 放 置 一 红 色 指 示 灯 ) 图 像 拍 摄 。 其 的
来实 时确定室 内 目标的空间精确位 置信息 , 并可将这些 信息 实时传递 给 目标控 制系统进行辅助控制 。
1 工 作 原 理
图 1 用 双 摄 像 头 观 测 空 间 物 点
的 点 和 其 图 像 对 应 点 的 映 射 关 系 线 性 求 解 出摄 像 头 的 内 外
参 数 , 根 据 相 应 算 法 得 到 畸 变 系 数 , 后 利用 L 算 法 优 化 再 最 M 参 数 。摄 像 头 标 定 流程 如 图 4所 示 。
棋盘格
摄像头选用蓝色 妖姬 S 8摄 像 头 ,静 态 分 辨 率 可 达 1 20 9 0, 高 帧 速 率 为 10帧 / ,U B . 8x6 最 5 秒 S 20接 口 。 使 用 的 图 像 采 集 频 率 为 3 z 图 像 分 辨 率 为 30 2 0 OH . 2x 4 。 计算 机上安 装 V + 6 、pn V . C + . O eC 1 0 0和 D rc 9 bS K i t . D eX 0 等 软 件 , 于数 据处 理 和 软 件 开 发 等 。 用
和摄 像 头参 数 , 利用 空 间 两条 射 线 相 交 确 定 一 点 的 原 理 , 时 实 计 算 目标 物 体 的 位置 信 息 。
硬 件 部 分 主 要 由 3台 U B摄 像 头 及 连 接 延 长 线 , 数 S 1台
据 处 理 计 算 机 和 1 红 色 指 示 灯 组 成 。3台 摄 像 头 利 用 支 架 个 布 置 在 房 间 3个 角 落 , 之 能 最 大 范 围地 观 测 到 测 量 空 间 全 使
De in a d i p e e to w o t y tm o d o p c e s r m e t sg n m lm n fa l c s se f ri o r s a em a u e n o s n b s d o o p trv so a e n c m u e ii n
李荣 明 。芦利 斌 ,陈鼎新
( 第二 炮 兵 工 程 学 院 6 2教 研 室 ,陕 西 西 安 7 0 2 ) 0 10 5
摘 要 : 计 并 实现 一种 基 于 计 算 机视 觉 的 室 内空 间 测 量 系统 , 过 3个 低 成 本 的 U B摄 像 头对 室 内 目标 进 行 图像 拍 设 通 S 摄 . 时 测 量 出 目标 的 空 间精 确 位 置 。 用 张 氏 平 面 标 定 法 标 定 摄 像 头 的 内外 参 数 , 实 采 并针 对 室 内环境 特 点 设 计 了简 单 有 效 的 图像 处 理 方 法 , 用 立体 视 觉 定 位 原 理 计 算 出 目标 点 的 空 间 位 置 信 息 。 实 验 结 果 表 明 : 利 系统 测 量 误 差 小 于
3 . 摄 像 头 标 定 模 块 1
摄 像 头 标 定 是 视 觉测 量 的 必 要 步骤 , 过 标 定 可 得 到 二 通
维 图 像 坐 标 与 三 维 空 间 坐 标 之 间 的 关 系 。 目前 普 遍 使 用 的是
张 氏 平 面 标 定 法 闸 它 无 需 知 道 模 板 的运 动参 数 , 免 了 其 他 , 避 标定法 设备要求 高 , 作 繁琐等 缺点 。 操 同时 又 能 保 证 标 定 的 精确度和参数的鲁棒性。
室 内 空 间 测 量 利 用 双 目立 体 视 觉 原 理 嗍 即 采 用 两 个 摄 。
收稿 日期 :0 10 — 6 21-52 稿 件 编 号 :0 1 5 1 2 10 1 1
Fg 1 O srigsaeojc on i ulc ea i. bevn c bet it t d a 啪 Is p p wh
1 m, 据 更 新 率 为 l , 可 满足 室 内机 器人 的 定 位 需 要 。 5m 数 5Hz 均 关 键 词 :计 算 机 视 觉 ; 量 系统 ; 像 头 标 定 ;图像 处 理 测 摄 中图 分 类 号 : P 9 T31 文献标识码 : A 文章 编 号 :1 7 - 2 6 2 1 ) 5 0 2 — 4 6 4 6 3 (0 1 1— 0 2 0
个 摄 像 头 进 行 交 汇 就 有 两 条 这 样 的射 线 。 线 相 交 于 物 点 即 射 确 定 出空 间 物 点 的位 置 。如 图 1中 , 间点 P是 DP 与 0/ 空 l 22 两 条 射 线 的 交 点 。 系统 采 用 3个 摄 像 头 两 两 交 汇 得 到空 间 该 点 的 3个 位 置 坐 标 , 其 均 值 作 为 目标 的 位 置 信 息 , 提 高 求 来 系统 测 量 的 精 度 。
L n - n ,L i i IRo g mi g U L - n,C b HEN Di g xn n - i
( a ut 6 2 S c n r l r n i ei nv ri , ' 1 0 5 C i ) F c l 0 , e o dA t l y E gn r g U i s y Xi n 7 0 2 , hn y ie e n e t a a
验 空 间 面 积 大 约 在 3 测 量 范 围设 计 为 3mx 1 0m . 3mx . m 5
多 通 用 算 法 。它 支 持 多 种 平 台 , 植 性 强 、 行 效 率 高 , 以 移 执 可 很 好 地 应 用 于 工 程 实 际 当 中 。本 文 借 助 O e C pn V库 函数 来 实 现 主 要 功 能 模 块 的算 法 。
Ab ta t sr c :An id o p c a ue n ytm a e n c mp trvso sd sg e n mpe ne whc s stre n o rsa eme s rme tsse b s d o o ue iin i e in da d i lme td, ih u e he
用 实 时 双 目立 体 视 觉 和 机 器 人 整 体 姿 态 信 息 集 成 , 发 了 一 开
像 头 在 针 孔 成 像 模 型 下 , 果 摄 像 头 光 心 和 像 点 已知 , 可 如 就 以确 定 这 两点 组 成 的 唯 一 射 线 , 点 必 然 在 此 射 线 上 。 由 两 物
室 内 机 器 人 的 运 动 轨 迹 和 位 置 控 制 . 室 内空 间 测 量 方 对
法 与 技 术 提 出 了需 求 。 在 常用 的 室 内 空 间 测 量 手 段 有 超 声 现 波 测 量 、 外 测 量 、 频 ( F  ̄ 量 和 视 觉 测 量 等 . 中视 觉 测 红 射 R )J 其 量 因 为 视 觉 图 像 包 含 了 目标 的 丰 富 信 息 且 视 觉 系 统 价 格 低 廉 、 用方 便 , 使 引起 研 究 人 员 的极 大 关 注 [ 日本 东 京 大 学 利 ” 。
张氏标定 法假设 模板位 于世界 坐标 系 Z = wO的 平 面 , 然 后 从 不 同角 度 拍 摄 3幅 以上 f 3幅 ) 板 图 像 , 据 模 板 上 含 模 根
图 2 硬件组成与连接
F g 2 Ha d r o o e t ndc n e to s i. rwaecmp n n sa o n cin
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