[发明专利]一种机器人微小型高速双目立体视觉系统

说明书

本发明属于机器人数字图像领域，并具体公开了一种机器人微小型高速双目立体视觉系统。该系统包括图像采集装置以及高速图像处理装置，其中每个图像采集装置分别用于采集图像数据；高速图像处理装置以FPGA为主芯片，其中图像采集控制单元用于向图像采集装置发送触发控制指令，图像接收单元用于接收图像采集装置发送的图像数据，图像处理单元用于对图像数据进行处理，图像输出单元用于将处理后的图像数据进行输出。本发明以FPGA为主芯片，大大减小了硬件设备的尺寸要求和功耗，具有嵌入式、小体积、低功耗的特点，并且计算能力强，算法输出帧率高，有效解决了传统视觉系统鲁棒性较差、计算速度较慢、体积和功能较大的问题。

技术领域

本发明属于机器人数字图像领域，更具体地，涉及一种机器人微小型高速双目立体视觉系统。

背景技术

随着信息技术的飞速发展以及各种机器人设备在当今社会生产生活中扮演愈加重要的角色，关于机器人的研究变得越来越重要。而机器视觉是机器人发展方向的重要组成部分。双目视觉技术同时又是机器视觉的一种重要形式，其原理是基于视差利用成像设备从不同的方向和角度获取被测物体的两幅图像，通过计算对应像素点之间的位置偏差，利用映射或者三维重建技术还原物体三维几何信息的方法。

立体匹配是双目立体视觉中最重要的一个环节，立体匹配主要是通过两个成像设备在不同方向角度获取两组图像，通过找到两组图像中对应的特征，找出其中的对应关系，最终将同一物理空间中的点在不同图像中的映像对应起来，根据三角测量原理，获得视差信息，获得视差信息之后，通过投影模型，可以进一步获取到被测物体的深度信息以及三维信息。双目立体视觉系统具有成本低，适应型好的特点，不需要像TOF和结构光那样需要额外的发射器和接收器，而且能适应室内和室外环境的图像采集应用，但是双目立体视觉也有其缺点。因为立体匹配是基于两幅图像的对应特征关系去获取视差信息，所以具有如下局限性：

1)对环境光照敏感，当环境光照角度与强度发生变化时，甚至在光线较强或者光线较弱时会导致立体匹配算法效果急剧下降；

2)算法计算较为复杂，需要逐像素进行匹配计算，且受限于基线、测量范围、拍摄环境等因素影响，计算量较大，计算用时较长。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种机器人微小型高速双目立体视觉系统，其中高速图像处理装置以FPGA为主芯片，大大减小了硬件设备的尺寸要求和功耗，具有嵌入式、小体积、低功耗的特点，并且计算能力强，算法输出帧率高，有效解决了传统视觉系统鲁棒性较差、计算速度较慢、体积和功能较大的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种机器人微小型高速双目立体视觉系统，该系统包括两个结构相同并且相互独立的图像采集装置以及高速图像处理装置，其中：

每个所述图像采集装置分别用于采集图像数据并将其输送到所述高速图像处理装置；

所述高速图像处理装置以FPGA为主芯片，包括图像采集控制单元、图像接收单元、图像处理单元以及图像输出单元，所述图像采集控制单元用于向所述图像采集装置发送触发控制指令，所述图像接收单元用于接收所述图像采集装置发送的图像数据，所述图像处理单元用于对所述图像数据进行处理，所述图像输出单元用于将处理后的图像数据进行输出。

作为进一步优选的，所述图像处理单元具有高斯滤波、自适应白平衡、GAMMA校正、自适应增益和噪声去除的功能。

作为进一步优选的，每个所述图像采集装置分别包括CMOS图像传感器、IMU姿态传感器以及变焦单元，其中所述CMOS图像传感器用于进行光电转换，所述IMU姿态传感器用于测量三轴姿态，所述变焦单元用于控制电动变焦镜头；工作时，所述CMOS图像传感器的硬件触发信号与IMU姿态传感器的同步信号由所述高速图像处理装置同步输入，从而确保图像曝光与三轴姿态数据同步。