[发明专利]基于视差的鱼类运动三维轨迹跟踪方法

权利要求书

1.一种基于视差的鱼类运动三维轨迹跟踪方法，其特征在于该方法内容包括以下步骤：

一、摄像头标定

双目摄像机固定后，首先对双目摄像头进行标定，得到左、右摄像头的内部参数和外部参数；

二、图像采集

将标定好的左、右两个摄像头同时连续拍摄七十帧图像，并存入计算机；

三、图像预处理

将步骤二获取的图像依次进行如下操作：

进行灰度化处理，把彩色图像变成灰度图像；

进行二值化处理，把灰度图像变为黑白图像；

进行形态学运算的膨胀与腐蚀处理，用结构元素进行开运算来消除图像背景中与结构元素不符的部分；再进行闭运算得到背景与原图像相似的背景图像；

四、质心跟踪

把经过步骤三图像预处理后的完整的鱼体利用质心算法进行质心提取；得出质心横、纵坐标，分别跟踪左、右摄像头拍摄的鱼类质心的二维轨迹；

五、三维轨迹

利用视差法原理计算出运动目标的空间三维坐标点，通过双目摄像头所得的目标二维质心坐标位置，从而得出目标的空间三维坐标点，并跟踪其三维轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种基于视差的鱼类运动三维轨迹跟踪方法，其特征在于：所述的质心算法是对二维序列图像进行分割获取目标后，计算运动目标质心位置坐标的一种算法，该算法的关键是运动目标的精确提取，然后对其进行二值化处理。二值化的公式如下：

f(xmy)=0f(x,y)<T1else---(1)]]>

(1)式中，(x,y)处的灰度值是f(x,y)，二值化的灰度阈值是T。由二值化的结果f(x,y)计算运动目标的质心位置：

xc=Σx=1NΣy=1Mx×f(x,y)Σx=1NΣy=1Mf(x,y)yc=Σx=1NΣy=1My×f(x,y)Σx=1NΣy=1Mf(x,y)---(2)]]>

(2)式中，N、M是图像在长宽方向上的像素点数，x_c、y_c是运动目标的质心位置坐标。

3.根据权利要求1所述的一种基于视差的鱼类运动三维轨迹跟踪方法，其特征在于：所述的利用视差法原理计算出运动目标的三维坐标位置，就是参照行对准的平行双目视觉模型，假定P为空间坐标中的某一点，以左摄像机为视界坐标系，则点在左摄像机下的坐标为P(X,Y,Z,1),在右摄像机下的坐标为P(X-b,Y,Z,1)，其中b表示基线，即左右摄像机投影中心距离；经过校正后，P点在左右图像中的映射匹配点对为P_r＝(u₂,v₂,1)^T，令d＝u₁-u₂，利用三角形原理得：

fZ=u1X=v1YfZ=u2X-b=v2Y---(3)]]>

(3)式中f表示左摄像机的焦距，则由上式可得到：

u1-u0=fXZv1-v0=fYZu2-u0=fX-TZv2-v0=fY-TZ---(4)]]>

(4)式中f,u₀,v₀表示左摄像机的内参数；

那么空间点P的三维坐标表示为：

X=b-(u1-u0)u1-u2Y=bf(v1-v0)(u1-u2)Z=bf(v1-v0)(u1-u0)]]>

当空间点对在左、右成像图像中严格行对准时，且在图像坐标值u,v己知的情况下，能够利用空间点在左右图像中成像点之间的视差，即能求出空间点的三维坐标。