機器人用雙目視覺的深度信息提取

李小艷 楊帥 劉玥 管紅梅

摘 ? 要：機器人用雙目立體視覺是從兩個角度觀察同一個景物，以獲取不同視角下的感知圖像，通過成像幾何原理計算圖像像素之間的位置偏差來獲取景物的三維信息。雙目立體視覺系統(tǒng)包括，雙目攝像機標定，特征提取以及特征匹配，本文提出一種偽彩色方法表示出物體的深度信息，不同的顏色代表不同的深度信息，實現(xiàn)了深度信息的有效識別。

關鍵詞：機器人 ?雙目立體視覺 ?偽彩色 ?深度信息

中圖分類號：TP391 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0149-02

1 ?雙目攝像機標定

雙目攝像機標定是機器人用雙目視覺系統(tǒng)重要的部分，標定的結果嚴重影響目標深度信息的精度。本文使用基于Matlab攝像機標定工具箱的雙目系統(tǒng)的標定，實現(xiàn)了攝像機的參數(shù)以及旋轉(zhuǎn)和平移向量的標定，還原出了在3D世界中，雙目攝像機與標定板之間的位置關系。

2 ?特征提取及深度信息匹配

機器人想要通過若干幅圖像來獲取目標的三維坐標。機器人用雙目視覺技術中更為重要的工作是對圖像執(zhí)行匹配，首先明確物體在左右圖像的相互匹配的點，然后獲得每一點視差以及深度信息。

圖像中的任一像素點的x坐標和y坐標都是己知的，右圖中某像素點的坐標為，左圖中的對應的匹配像素點x的坐標為（因為是匹配像素對，根據(jù)極線約束，它們的坐標是相同的），我們的目的是根據(jù)此像素坐標，求出它們所對應的空間Z坐標，即深度信息。理論表明，深度與視差之間存在著幾何關系，下面利用圖1給出詳細的推導。視差表示匹配像素點的橫坐標之差，記為。

由圖2可知，視差圖與偽彩色一一對應。距離為0.59m時，呈現(xiàn)紅色，距離為0.87m時，呈現(xiàn)黃色，距離為1.46m時，呈現(xiàn)藍色。

當機器人雙目視覺系統(tǒng)基線和焦距一定時，深度信息與視差成反比。由圖2.2（a～c）我們能夠清晰的看到，在0.59m～0.69m之間，視差圖呈紅色，在0.69～0.87區(qū)間內(nèi)，視差圖呈現(xiàn)黃色，在大于0.87m以后，視差圖呈綠色。在經(jīng)過反復試驗我們發(fā)現(xiàn)，當深度Z小于0.59m時，箱體圖片不能生成視差圖，是攝像機不能識別的區(qū)域;當深度Z在0.60m～0.70m之間，視差圖效果較好，我們能清晰地看出箱體正面的輪廓，在0.69m時，視差圖的效果最好;在0.87m以后，視差圖輪廓漸漸減小，視差圖的匹配效果不佳。綜上，視差與深度信息的對應關系正符合我們推導出來的式子。

3 ?結語

本文實現(xiàn)了用偽彩色表示機器人雙目視覺系統(tǒng)獲取目標的深度信息，對機器人的進一步?jīng)Q策具有重要意義。

參考文獻

[1] 馬頌德，張正友，計算機視覺-計算理論與算法基礎，科學出版社，1998.

[2] 孫宇臣，葛寶臻，張以謨，物體三維信息測量技術綜述，光電子·激光，2004，15（2）：248-254.

[3] 張廣軍，機器視覺，北京：科學出版社，2005.

[4] 盧惠民，王祥科，劉斐等.基于全向視覺和前向視覺的足球機器人目標識別.中國圖象圖形學報.2006.11（11）：1686-1688.

[5] 左奇，史忠科.基于機器視覺的膠囊完整性檢測系統(tǒng)研究.西安交通大學學報.2002，36（2）：1262-1265.