基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法。该方法包括：对于已检测出的从不同角度拍摄的两幅图像的危化品泄漏目标区域，基于动量守恒定理获取所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标；基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标；基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标；将所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标。本发明专利技术的方法能够准确高效地确定危化品事故处理剂投送的靶向坐标。

【技术实现步骤摘要】
基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法
本专利技术涉及计算机视觉
，尤其涉及一种基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法。
技术介绍
在危化品仓库、发射场塔架、特种燃动力试验场中存在大量危化品试剂和燃料，如果发生危化品泄漏且未及时获取其准确位置，将对关键任务的实施产生严重负面影响。因此，当发生危化品泄漏时，需要对危化品泄漏区域进行快速定位，获取其世界坐标系下的绝对坐标，作为事故处理剂投送靶向。然而，现有的基于双目视觉的目标定位方法，均建立在目标轮廓被清晰检测的前提下，未考虑轮廓边缘噪声干扰因素导致的边缘模糊现象，并且最终计算出的目标位置很少作为靶向目标去施加精准作用力。此外，基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位算法的设计，面临以下技术难题：1)、危化品泄漏属液体目标，液体区域扩散后无明显边缘界限，导致准确检测出危化品泄漏区域的边缘较为困难；2)、由于受噪声影响，双目视觉系统的左右两个相机检测出的危化品泄漏目标区域的几何形状不一致，导致两幅图像中的特征匹配点选择较为困难；3)、事故处理剂的精准投送需要建立在获取到危化品泄漏区域的精确绝对坐标基础上，然而双目视觉系统各自检测出的目标均建立在相机自身的像素坐标下，实现从双目双坐标系到统一世界坐标系的转换较为困难。因此，需要对现有技术进行改进，以提供精确的危化品事故处理剂投送方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于双目视觉的危化品事故处理剂投放靶向定位方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法，该方法包括以下步骤：步骤1：对于已检测出的从不同角度拍摄的两幅图像的危化品泄漏目标区域，基于动量守恒定理获取所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标；步骤2：基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标；步骤3：基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标；步骤4：将所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标。在一个实施例中，步骤1包括以下子步骤：步骤11：对于所述危化品泄漏目标区域中的像素点，按照亮度特征从大到小排序，提取前n个像素点作为质量点，表示为m1,m2,…,mn，并计算各质量点的位置矢量，表示为其中n为大于等于2的任意整数；步骤12：基于各质量点的位置矢量，计算危化品泄漏目标区域质点的位置矢量计算公式为：步骤13：计算危化品泄漏目标区域质点的像素坐标(u,v)，计算公式为：在一个实施例中，在步骤2中，根据以下公式计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标(x,y)：其中，(u,v)表示危化品泄漏目标区域质点的像素坐标，dx、dy分别是每个像素点的横纵物理尺寸，单位mm/p，(u0,v0)是图像坐标系原点在像素坐标系下的坐标值。在一个实施例中，在步骤3，采用以下公式计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标(X,Y,Z)：其中，f表示相机的焦距，(x,y)表示危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标。在一个实施例中，步骤4包括：步骤41：采用以下公式计算将第一幅图像危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标(Xl′Yl′Zl′)：步骤42：采用以下公式将第二幅图像危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标(Xr′Yr′Zr′)：步骤43：采用以下公式获得危化品事故处理剂投送的靶向坐标(X′Y′Z′)：其中，Zl和Zr分别是两幅图像中危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标，Hl和Hr分别是拍摄两幅图像的相机的标定矩阵，(xl,yl)和(xr,yr)表示两幅图像的危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标。在一个实施例中，在步骤1中，对于从不同角度拍摄的两幅危化品图像，根据以下步骤检测危化品泄漏目标区域：步骤11-1：基于危化品液面的亮度特征获得第一危化品液面区域；步骤11-2：基于危化品液面的纹理特征获得第二危化品液面区域；步骤11-3：将所述第一危化品液面区域和所述第二危化品液面区域进行融合，获得所述危化品泄漏目标区域。在一个实施例中，在步骤11-1中，根据以下子步骤获得所述第一危化品液面区域：步骤S1：通过将所述两幅危化品图像的灰度图中每一个像素值与灰度阈值进行比较获得亮度分割图；步骤S2：根据危化品图像和背景图像的亮度特征从所述亮度分割图剔除背景区域，从而获得所述第一危化品液面区域。在一个实施例中，步骤S1包括：将两幅危化品图像的灰度图中每一个像素值和灰度阈值G0进行比较，利用聚类法得到大于G0和小于G0的两个分割区域；计算该两个分割区域的中心灰度值G1，并重复进行聚类直到前后两次聚类结果得到的中心灰度值的比值小于预定阈值，从而获得所述亮度分割图。在一个实施例中，步骤S2包括：从所述亮度分割图的最上面的一行像素中检测出大于亮度阈值的高亮度值的像素点；以该高亮度值的像素点为出发点，运用区域生长扩散方法逐行扫描每行像素点，获得与该高亮度值的像素点相连通的区域并将该区域剔除，获得所述第一危化品液面区域。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：针对危化品泄漏后的危化品事故处理剂投送靶向定位需求，实现了对危化品泄漏区域的精准坐标定位，增强了危化品事故处理剂投送准确度，提高了危化品泄漏事故的处置效率。附图说明以下附图仅对本专利技术作示意性的说明和解释，并不用于限定本专利技术的范围，其中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法的流程图；图2示出了的基于动量守恒定理的计算危化品泄漏目标区域的质点的示意图；图3示出了基于三角相似原理的计算危化品泄漏目标区域质点坐标的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的研究的目标是对泄漏的危化品目标区域进行空间定位，以准确的投放事故处理剂，其中，泄漏的危化品目标区域可通过相机采集危化品图像进行检测，以可通过对已采集到的危化品图像进行一定的处理获得更精确的危化品目标区域。在本专利技术中，以双目相机采集危化品图像为例进行介绍，基于以下假设：双目相机已完成标定，并获取到两个相机的内参矩阵M、外参矩阵W，其中，内参矩阵M用于描述相机光轴在图像坐标系中的偏移量以及焦距信息，能够反映相机坐标系到图像坐标系之间的投影关系，外参矩阵W用于描述如何把点从世界坐标系转换到相机坐标系，能够反映相机坐标系和世界坐标系之间的旋转和平移关系；通过双目相机与危化品事故处理剂投送机械系统的空间校准，获取了双目相机的基线坐标系到危化品事故处理剂投送系统的靶向坐标系的旋转矩阵R、转移矩阵T；双目相机的图像采集完全同步；双目相机的基线距离d、焦距f均固定不变。在实际过程中，可采用通用的平面黑白棋盘图对双目相机进行标定，获取双目相机的内参矩阵M和外参矩阵W，则左右相机的标定矩阵可以表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法，包括以下步骤：步骤1：对于已检测出的从不同角度拍摄的两幅图像的危化品泄漏目标区域，基于动量守恒定理获取所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标；步骤2：基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标；步骤3：基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标；步骤4：将所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的危化品事故处理剂投送靶向定位方法，包括以下步骤：步骤1：对于已检测出的从不同角度拍摄的两幅图像的危化品泄漏目标区域，基于动量守恒定理获取所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标；步骤2：基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置的像素坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标；步骤3：基于所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标；步骤4：将所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1包括以下子步骤：步骤11：对于所述危化品泄漏目标区域中的像素点，按照亮度特征从大到小排序，提取前n个像素点作为质量点，表示为m1,m2,…,mn，并计算各质量点的位置矢量，表示为其中n为大于等于2的任意整数；步骤12：基于各质量点的位置矢量，计算危化品泄漏目标区域质点的位置矢量计算公式为：步骤13：计算危化品泄漏目标区域质点的像素坐标(u,v)，计算公式为：3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤2中，根据以下公式计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标(x,y)：其中，(u,v)表示危化品泄漏目标区域质点的像素坐标，dx、dy分别是每个像素点的横纵物理尺寸，单位mm/p，(u0,v0)是图像坐标系原点在像素坐标系下的坐标值。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤3，采用以下公式计算所述危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标(X,Y,Z)：其中，f表示相机的焦距，(x,y)表示危化品泄漏目标区域的质点位置在图像坐标系下的坐标。5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤4包括：步骤41：采用以下公式计算将第一幅图像危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标(X′lY′lZ′l)：步骤42：采用以下公式将第二幅图像危化品泄漏目标区域的质点位置在相机坐标系下的坐标转换为危化品事故处理剂投送的靶向坐标(X′rY′rZ′r)：步骤43：采用以下公...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵二虎，王守中，徐勇军，张统，王鹏，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，北京特种工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11