[发明专利]一种双目立体凝视监控系统的测距方法

说明书

技术领域

本发明属于双目立体摄像机技术领域，进一步涉及双目立体凝视监控系统的测距方法。

技术背景

视频监控系统已经广泛应用于社会生活的多个领域，给人们的社会生活带来了巨大的便利性和安全性。目前大多数的视频监控节点都是单视点平面监控系统，获取的是一个视点的图像。其无法完成目标的精确定位，给视频监控的使用者带来一些不变，也无法满足智能监控更高地要求。

针对单视点平面监控无法对目标精确定位的缺点，双目立体视觉技术可对其进行很好地弥补。双目立体视觉直接模拟人眼采集立体图像的处理方式，具有获取物体深度信息的能力，可得到目标点的精确空间位置信息，因而具有很大的研究价值。双目立体视觉技术已越来越多的应用于工程测绘、机器人导航、医学诊断、活体测量和场景监控等诸多领域，具有广泛的适用性。

现有的双目立体视觉系统主要依据视差原理，即两台摄像机在不同位置对同一物体进行拍摄，得到该物体在左右图像中的视差，然后利用三角测量原理计算像素间的位置偏差，实现对物体定位和三维重构。实现基于该原理的一个完整的双目立体视觉系统通常需要图像采集、摄像机的标定、特征提取、立体图像匹配等步骤。

但基于视差原理的双目立体视觉系统存在一些不足：首先，目前的双目立体图像对的匹配是针对整幅图像信息，而立体匹配又是一项十分耗时的工作。对于一般的视频监控系统而言，其不需要知道整个场景的深度信息而只需要知道特定目标的深度信息，显然该方法存在大量的信息冗余和时间消耗。其次，基于视差原理的双目立体视觉系统实现步骤较为复杂，所需的算法众多并对各个算法的鲁棒性要求较高，尤其是立体匹配算法至今都没有十分可靠的解决法方法。然后，对于一些特定的视频监控场合（如交通视频监控），其要求的目标探测距离在几米至几十米，而该方法在保证测量精度的情况下可探测距离十分有限。因此，基于以上几点原因，现今需要一种基于双目立体摄像机的简单可靠地监控系统测距方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种能够减少信息冗余、缩短时间消耗、延长探测距离的双目立体凝视监控系统的测距方法。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种双目立体凝视监控系统的测距方法，是按照以下步骤进行的：

步骤一：确定图像主点坐标和左、右摄像机焦距；

步骤二：调整双目摄像机姿态使其凝视目标点；

步骤三：建立基于旋转角度的目标测距模型；

步骤四：立体标定调整后的双目会聚摄像机；

步骤五：建立旋转角度和相对外参的转换关系；

步骤六：基于相对外参的目标测距及坐标重建。

所述步骤一具体过程如下：

对左、右摄像机分别进行标定，得到左摄像机主点坐标为(u_l, v_l)，右摄像机主点坐标为(u_r, v_r)、左焦距长度f_v或f_u。

所述步骤二具体过程如下：调整双目摄像机的基线长度、左右摄像机旋转角度及光轴面俯仰角度，使待测目标点在左右摄像机主点坐标处成像。

所述步骤三具体过程如下：建立基于双目摄像机旋转角度的目标测距模型，该模型中左右摄像机的光轴已会聚到目标点P，世界坐标系原点与左摄像机坐标原点重合，其X轴方向与双目摄像机基线重合，其Y轴方向为重力方向，双目摄像机基线的空间位置固定且基线长度B可调，左右摄像机坐标系在光轴面上的旋转角度分别定义为α、β，值域为(-π/2, π/2)，目标点P到摄像机基线的距离L为：

                  (1)

目标点P的世界坐标为：

         (2)。

所述步骤四具体过程如下：立体标定得到左右摄像机的相对外参为：平移向量T=(l, m, n)^T、旋转向量V=(a, b, c)^T和轴向角δ, ε, η，通过对左、右摄像机的标定可得到左、右摄像机坐标系到世界坐标系的变换关系，得到左摄像机旋转矩阵R_l、平移向量T_l，右摄像机旋转矩阵R_r、平移向量T_r，则