[发明专利]单目立体视觉相对位姿测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及视觉测量技术领域，具体是一种利用单目摄像机实现双目摄像机立体视觉效果的相对位置和姿态的单目立体视觉相对位姿测量方法。

背景技术

随着计算机视觉理论和图像采集设备的发展，基于计算机视觉的测量方法因其具有非接触、测量范围广、成本低、自动化程度高等优点而在越来越多的领域中得到了广泛的应用。

单目视觉系统是使用一个摄像机对目标进行测量，由于单目视觉系统在测量过程中丢失了目标在三维空间中的深度信息，因此，在用单目视觉测量目标的位置和姿态时，需要已知目标的物理尺寸等信息。双目视觉系统是使用两个摄像机对目标进行测量，由于双目视觉是根据同一三维空间点在两个摄像机中的投影位置不同即视差原理来获取空间点的三维坐标，因此，可以测量几何尺寸未知的目标的位置。但是，双目视觉系统存在标定工艺复杂、两幅图像之间的特征匹配难和成本高等缺点，同时，测量精度还受标定精度、匹配误差和摄像机安装相对误差等的影响。

本发明通过利用单目摄像机在不同位置对目标进行成像实现双目立体视觉的效果，解决了传统的单目视觉测量中不能准确测量目标景深的问题，同时也避免了双目立体视觉测量中标定复杂、成本高、体积大等难题。

移动机器人应用单目立体视觉测量技术可在未知环境中实现自主定位和环境地图绘制(SLAM)。移动机器人SLAM可以应用于室内、室外、空间和水下等各种不同的环境，如在自动化生产系统中，可以作为物料搬运装置；在海洋开发方面，可以完成资源调查、石油矿藏开采、沉船打捞等任务；服务行业方面，可以完成室内清洁、送餐、传递医疗记录等工作，可以把人类从大量条件恶劣、危险、繁重单调的作业中解放出来，同时也节省了大量时间和精力。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种单目立体视觉相对位姿测量方法，该测量方法解决了传统单目视觉测量中不能准确测量目标景深和双目立体视觉测量中标定复杂、成本高、体积大等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种单目立体视觉相对位姿测量方法，包括以下步骤：

步骤S1：把单目摄像机安装在可移动装置上，通过移动单目摄像机在不同位置对目标进行成像，获取含有目标的图像序列；

步骤S2：对每幅图像进行目标检测和场景动态分析，若目标在世界坐标系中运动的，则把图像分割成静态背景和动态目标，对相邻两幅图像中的静态背景区域和动态目标区域分别进行特征匹配，否则，直接对相邻的两幅图像进行特征匹配；

步骤S3：建立相邻图像之间的特征匹配和摄像机运动之间的约束关系，计算出摄像机的运动参数；

步骤S4：在摄像机自运动估计的基础上，根据3D特征点在相邻两幅视图上的像重建出3D特征点在空间中的真实位置，从而计算出目标的相对位姿信息，实现目标三维重构。

所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S1.1，移动单目摄像机在k-1时刻对目标进行成像并把获取的含有目标的图像存储起来；

步骤S1.2，继续移动单目摄像机在k时刻再次对目标进行成像并把获取的含有目标的图像存储起来，从而得到单目摄像机在不同位置拍摄的含有目标的图像序列。

所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S2.1，采用维纳滤波进行模糊图像的恢复处理，去模糊后的图像可用以下公式计算得到：