[发明专利]一种光学多目标三维空间定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及对多个目标进行三维空间定位技术，具体是一种光学多目标三维空间定位方法及系统。

背景技术

目前行业上进行三维空间定位主要有光学和电磁学两种方式。电磁学方法容易受到电磁干扰，在某些环境下无法使用。

光学方法中常见的是使用两个二维光学传感器（例如面阵CCD或者CMOS）进行拍摄，但这种方法需要从整幅二维图像上提取出多个目标点，就要几乎对整幅图像进行检索，来匹配目标点的像位置，耗时较长。也有完全使用一维光学传感器（线阵CCD），对多目标进行识别，这样至少需要4个一维光学传感器才能实现多目标的同时检测，而且在摆放上有一定要求，不能用一个简单的弧形结构来定位。

发明内容

为了避免现有三维空间定位技术的上述不足，提高定位速度，本发明提供一种光学多目标三维空间定位方法及系统，其利用两个一维传感器获取的数据来辅助二维传感器上信号的提取，以此在保证精度的同时达到提高速度的目的。

本发明光学多目标三维空间定位方法，包括以下步骤：

（1）、将具有一维传感器的两个线阵相机和具有二维传感器的面阵相机标定；

（2）、使用两个线阵相机分别从两个方向对目标进行数据采集（拍摄），获取两幅一维图像数据；

（3）、同时通过面阵相机对该目标进行数据采集，获得一幅二维图像数据；

（4）、将步骤（2）得到的每一幅一维图像数据分别进行峰值提取处理，得到其中的目标数量及一维坐标；

（5）、根据步骤（4）得到的目标的一维坐标，在步骤（3）所获得的二维图像数据中进行搜索，得到目标在二维图像中的坐标位置，以及图像中的目标点与一维传感器中尖峰的对应关系；

（6）、根据步骤（4）中的两组一维坐标和步骤（5）中的二维坐标，结合标定过程得到的坐标转换关系来重建目标点的空间三维坐标。

其中，所述步骤（4）中峰值提取处理之前，进一步对所述一维图像数据进行滤波处理。

所述步骤（5）中进行搜索之前，进一步对所述二维图像数据进行低通滤波，并通过自适应阈值将图像进行二值化。搜索之后，利用区域增长的方法，获得目标点的光斑范围，用重心法求得此光斑的中心位置，作为目标点的图像坐标。

步骤（6）中，所述的坐标转换关系是指：由一定数量的已知坐标点对所述线阵相机和所述面阵相机进行标定后，得到相机的内外方位元素，进而得到相机坐标系和世界坐标系的转换关系。

步骤（6）的三维空间坐标重建方法具体为：根据标定过程中得到的相机坐标系和世界坐标系的关系联立方程组，并求出其最小二乘解。

步骤（1）中所述标定和步骤（6）重建过程中可以采用直接线性变换（DLT）方法。

所述两个线阵相机和面阵相机呈弧形定位，可测量范围为三者可拍摄范围的交集。

实现上述方法的一种光学多目标三维空间定位系统，包括：

信号处理模块，用于对图像信号进行处理及三维坐标重建；

连接于信号处理模块输出端的显示模块；

连接于信号处理模块输入端的线阵CCD采集卡和面阵CCD采集卡；

经过标定的用于采集目标的一维图像数据的两个线阵相机，连接于线阵CCD采集卡的输入端；及

经过标定的用于采集目标的二维图像数据的面阵相机，连接于面阵CCD采集卡的输入端。

其中，所述线阵相机含有一维传感器和柱面透镜，柱面透镜的中心对准在一维传感器的中心，并且一维传感器距离柱面透镜镜的距离约等于焦距；所述面阵相机含有二维传感器和球面透镜，球面透镜的中心对准在二维传感器的中心，并且二维传感器距离球面透镜的距离约等于焦距。

所述信号处理模块由计算机或其他图像信号处理芯片构成，用于对信号进行处理及三维坐标重建。可使用终端显示器作为显示模块，将信号处理模块的结果显示出来。

本发明对于现有技术的有益效果如下：

本发明利用线阵相机中的目标点目标辅助面阵相机的目标点提取，对于数据的搜索速度较快，对于多目标点的识别与匹配过程较快。

在预先对各个相机进行标定之后，即可获得了各个相机相对于世界坐标系的关系，也可以通过一定数据获得两个一维传感器（线阵CCD）数据与二维传感器（面阵CCD）数据的一定联系。根据这个联系，就可以通过优先处理的一维传感器数据来定位二维传感器数据的检索起始点，避免了要对二维图像数据进行全图搜索的情况，这样在很大程度上提高了对一幅图像的处理速度。