[发明专利]一种基于近红外光圆斑检测的多指尖定位方法

权利要求书

1.一种基于近红外光圆斑检测的多指尖定位方法，其特征在于包括以下步骤：

开启双目相机工作在常规模式下，标定双目系统，得到其内外参数；

在镜头前加装可见光截止滤光片，得到红外光源的双目图像，并在图像中检测红外光源成像所形成的圆斑特征点图像坐标；

基于所述圆斑特征点图像坐标，根据特征点的相对几何位置信息，进行双目图像中多特征点的匹配，包括：

综合垂直于极线与沿极线两个正交方向的特征匹配误差，得到取自不同视图的任意两特征点x_i与x′_j之间的匹配误差为

d(x_i,x′_j)＝d_e(x_i,x′_j)+λd_l(x_i,x′_j)

其中d_e(x_i,x′_j)为点p与极线之间的距离，λ为平衡系数,d_l(x,x′)为图像点x与x′沿极线方向的匹配误差；

使用贪婪搜索算法得到正确匹配结果；

基于所述双目系统内外参数与所述多特征点的匹配关系，计算每一对匹配特征点所对应红外光源的空间位置，完成多指尖的定位。

2.根据权利要求1所述的基于近红外光圆斑检测的多指尖定位方法，其特征在于：

所述标定双目系统，得到其内外参数，包括：

记两相机拍摄所得图像为I与I′，空间中一点P在两相机成像平面的投影分别为p与p′，且P在两相机坐标系中的坐标分别为x_C与x′_C，二者间的关系表示为

x′_C＝Rx_C+t

其中，R与t是双目系统的外参数，分别表示两相机坐标系间的旋转矩阵与平移向量；p与p′的图像坐标x＝(x,y)^T与x′＝(x′,y′)^T表示为

其中，与分别为x与x′的齐次坐标表示，K与K′分别是两相机的内参数矩阵，z_C与z′_C分别为x_C与x′_C的第三分量；

让双目相机工作在常规模式下，通过双目相机标定，得到双目系统的内外参数K，K′，R与t。

3.根据权利要求2所述的基于近红外光圆斑检测的多指尖定位方法，其特征在于：

所述在图像中检测红外光源成像所形成的圆斑特征点图像坐标，包括：

使用高斯差分方法在尺度空间检测得到不同尺寸的二维圆斑。

4.根据权利要求1所述的基于近红外光圆斑检测的多指尖定位方法，其特征在于：

所述基于所述双目系统内外参数与所述多特征点的匹配关系，计算每一对匹配特征点所对应红外光源的空间位置，完成多指尖的定位，包括：

对于一对匹配的特征点x与x′，根据相机内外参数的定义，得到

点P的在两相机坐标系下的空间坐标x_C与x′_C分别表示为与计算每一对匹配特征点所对应红外光源的空间位置，即完成多指尖的定位。

5.一种基于近红外光圆斑检测的多指尖定位系统，包括以下模块：

标定模块，用于通过开启双目相机工作在常规模式下，标定双目系统，得到其内外参数；

坐标检测模块，用于通过在镜头前加装的可见光截止滤光片得到红外光源的双目图像，并在图像中检测红外光源成像所形成的圆斑特征点图像坐标；

特征匹配模块，基于所述圆斑特征点图像坐标，根据特征点的相对几何位置信息，进行双目图像中多特征点的匹配，包括：

综合垂直于极线与沿极线两个正交方向的特征匹配误差，得到取自不同视图的任意两特征点x_i与x′_j之间的匹配误差为

d(x_i,x′_j)＝d_e(x_i,x′_j)+λd_l(x_i,x′_j)

其中d_e(x_i,x′_j)为点p与极线之间的距离，λ为平衡系数,d_l(x,x′)为图像点x与x′沿极线方向的匹配误差；

使用贪婪搜索算法得到正确匹配结果；

定位模块，基于所述双目系统内外参数与所述多特征点的匹配关系，计算每一对匹配特征点所对应红外光源的空间位置，完成多指尖的定位。