[发明专利]一种基于惯性测量单元的单目测距系统

说明书

本发明公开了一种基于惯性测量单元的单目测距系统，包括电源、数据采集模块、数据处理模块和姿态调整模块。数据采集模块包括IMU传感器和一个摄像头；所述数据处理模块包括主控芯片、数据存储芯片、串口和上位机；所述姿态调整模块包括三轴伺服电机等。IMU传感器、摄像头、数据存储芯片、三轴伺服电机和串口分别与主控芯片连接，上位机通过数据线与串口连接。本发明利用IMU传感器配合伺服电机来自动调整摄像头的光轴，从而解决相机本身和系统装配引入的光轴误差，采用基于小孔成像模型以及相似三角形几何原理的单目测距方法，操作简单，计算量小。

技术领域

本发明属于视觉领域，具体涉及一种基于惯性测量单元的单目测距系统。

背景技术

视觉测距是机器人领域的重要技术之一，在视觉定位、目标跟踪、视觉避障等方面具有广泛的应用。常用的视觉测距方法有单目测距、双目测距、结构光测距等。结构光测距需要带有多个特征点的光源，应用的场合比较固定；双目测距需要有相应的特征匹配系统，影响了测量的精度和效率；而单目测距结构简单，运算速度快，从而具有广阔的应用前景。

LUO SHIGUANG.Method of ObstacleDetection for the Road based onMonocular Measurement[J].Computer engineering&Software,2013,34(9):100-102，提出了一种单目测距技术，将单目视觉系统简化为摄像机投影模型。通过几何关系推导法建立测距模型，获得图像坐标与世界坐标系之间的转换关系，最后通过几何关系运算实现障碍物距离的测算，但该方案具有需要人工对准摄像头光轴。

JIANG XIAODONG,YU JIYAN,ZHU LIKUN,HUANG JIANSHENG Research on Self-calibration Binocular Ranging System based on Hardware SURF Algorithm[J].ActaOptica Sinica，提出了一种基于硬件SURF算法的自校准双目测距系统。该方案采用首先由不同位置的2台相机从不同角度同时拍摄同一场景得到2幅图像，然后利用SURF算法检测和匹配同一物点位于2幅图像上的对应像点，最后基于视差原理计算得到相应的被测距离，系统利用位置敏感探测器与伺服电机作为双目摄像头光轴自校准平台，利用ZynqSoC处理器对SURF算法进行硬件加速，但是该方案仍具有以下缺点：一是图像匹配算法计算量大，二是对没有明显特征的图像,匹配精度较低。

ZHANG YONG JU,GU XU BO,ZHANG JIAN,WANG BING,et al.3D MeasurementBased on Combination of Structured Light and Binocular Vision[J].JISUANJI YUXIANDAIHUA,2018,2:118-121，提出了一种结构光与双目视觉相结合的三维测量方法，通过向物体投射编码结构光，使得待测物体在结构光的照射下生成特殊图像，提供了很多的特征匹配角点，可以很方便的进行特征点的匹配，提高了匹配的精度，但是该方案仍具有以下缺点：一是结构光由于光源的限制，应用的场合比较固定；二是仍需利用图像匹配算法进行特征匹配。

总结来说目前常用的视觉测距方法有：

(1)基于单目测距的方法。利用一台摄像机获得的目标图片得到深度信息利用小孔成像原理推导出被测距离。但缺点是需要人工对准摄像头光轴。

(2)基于双目测距的方法。利用不同位置的两台相机从不同角度同时拍摄同一场景得到两幅图像，然后利用图像匹配算法对两个图像中的相同的特征点进行匹配，最后基于视差原理计算得到相应的被测距离。但缺点是图像匹配算法计算量大，且对于没有明显特征的图像,匹配精度较低。