[发明专利]基于双目结构光的准确置信度深度摄像机测距装置及方法

权利要求书

1.一种基于双目结构光的深度摄像机测距装置，该测距装置包括结构光发射组件、光整型组件、成像透镜组件、第一图像传感器、第二图像传感器及DSP处理单元；其特征在于：所述的光整型组件安装在所述结构光发射组件后端，用于将结构光发射组件发出的光源整型为线束结构光；所述的成像透镜组件进一步包括一滤光片，滤光片安装在所述成像透镜组件前端，用以滤出本发明的结构光发射组件发出的特定波长的光；第一图像传感器所在平面以及第二图像传感器所在平面分别与所述结构光发射组件的发射方向成某一角度设置；结构光发射组件经过光整型组件发出的线束结构光照射到前方宽角度范围内的目标物体表面，发生漫反射，反射的光会映射为不同的折线线段或者曲线线段，反射的折线或曲线与当前视场角内的物体经成像透镜组件共同成像于所述第一图像传感器上，以及所述第二图像传感器上，DSP处理单元分别对上述成像的图像数据进行处理，根据角度关系，分别求取宽角度范围内的多点待测距离；并对两个传感器上得到的待测距离进行比较拟和，确定该方向的待测距离以及该待测距离的置信度的高低。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于：所述的结构光发射组件发出的光源可以为普通照明光源、EL光源、LED光源、以及激光光源；也可以为红外光源。

3.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于：所述光整型组件可以为成型透镜组、也可以为振动片或旋转棱镜。

4.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于：所述的测距装置进一步包括一基座，所述结构光发射组件、成像透镜组件、第一图像传感器、第二图像传感器及DSP处理单元固定在该基座上。

5.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于：所述结构光发射组件到所述第一图像传感器中心的距离范围为2cm～5cm；

所述结构光发射组件到所述第二图像传感器中心的距离范围为3cm～8cm。

6.一种基于双目结构光的深度摄像机测距方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获取图像数据：调整结构光发射组件的发射方向分别与第一图像传感器及第二图像传感器所在平面成某一角度，结构光发射组件经过光整型组件发出的线束结构光照射到前方宽角度范围内目标物体表面，发生漫反射，前方宽角度范围内反射的折线或曲线与当前视场角内的物体经成像透镜组件共同成像于第一图像传感器及第二图像传感器上，反射的折线或曲线成像为多条高亮度的折线线段或者曲线线段，其他背景成像为比较低亮度的数据，第一图像传感器及第二图像传感器分别记录前方的一帧数字图像数据，并将该帧图像数据分别传输给DSP处理单元，该帧图像记录了当前时间镜头视场角内的数字化了的图像数据；

2)处理图像数据：DSP处理单元用同样的算法分别处理第一图像传感器的数据和第二图像传感器的数据：具体方法为，对步骤1)中所述的数字化了的图像数据进行处理，首先用数字算法消除图像畸变，而后进行数据平滑消除噪点，最后设定门限进行二值化；再次根据步骤1)中所述的折线线段或曲线线段的左右关系对图像平滑进而消除噪点，消除噪点后各条折线线段或曲线线段为自左向右排列，使得同一个X坐标上只有一个高亮线段存在；

3)求取每一个X坐标上的高亮线段的质心：将同一个X坐标的高亮线段的点坐标加起来进行平均，可以得到对应X坐标的质心为Y；经过本步计算，从左到右的任意一个X坐标上，只可能有不超过1个的Y高亮质心点；对于某个X，如果有1个Y质心点，代表这个方向上的距离在测距范围内，如果没有Y质心点，代表这个方向上的距离不在测距范围内；

4)根据自左至右的所有(X，Y)计算宽角度范围内测量角度和测量距离：

a)对于某一个(X，Y)，根据Y轴坐标求垂直距离d，已知结构光发射组件到图像传感器镜头组的距离为p，图像传感器镜头在Y轴视场角为2α，图像传感器中轴与光发射组件夹角为θ，带入公式计算出垂直距离d，其中，n为结构光点在Y轴上的坐标，y为Y轴方向上图像传感器芯片上成像的总点数；

对于最近测量点G，当G的理论值n＝y时，可求得最近测量量程d_G，

b)已知镜头在X轴上视场角为2β，图像数据在X轴的中心点为O，每一个X代表一个方向，X方向与Y方向所成的方向角为γ，对于x＝m，y＝n的坐标点来说，带入公式求出待测距离d_x，获取测距结果(γ，d_x)，d_x为在γ方向的距离；

c)重复步骤a)及步骤b)，计算完自左向右整个2β宽角度范围内的多个点的测距角度及测距距离并将整个2β范围内的多个点的测距结果输出。

5)重复上述计算步骤，对第一图像传感器的数据根据自左至右的所有(X，Y)计算正前方宽角度范围内测量角度和测量距离；对第二图像传感器的数据根据自左至右的所有(X，Y)计算正前方宽角度范围内测量角度和测量距离。

6)在宽角度范围内，得到γ角度方向的测距距离，第一图像传感器的测距距离为d_x1,第二图像传感器的测距距离为d_x2，并对第一图像传感器、第二图像传感器得到的测距距离进行比较拟和，公式如下：

d_γ为该γ角度的测距距离，C_γ为该γ角度的置信值。