一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距方法。本发明专利技术首先从结构相同的两个面阵处，以所述两个面阵的对称中心作为基准机位，对目标所在场景分别进行光学合成孔径成像，分别得到一组对应不同聚焦距离的合成孔径图像；然后以双目匹配位置相容信息量与非匹配位置相容信息量均值之差作为检测量，找出检测量最大的聚焦距离，如该聚焦距离的双目匹配位置相容信息量大于预设相容信息量门限值，则该聚焦距离即为目标距离。本发明专利技术还公开了一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距装置。相比现有技术，本发明专利技术可有效抑制共模误差和散焦像干扰，改善合成孔径聚焦图像测距的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测距方法，尤其涉及一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距方法、装置。
技术介绍
测量目标距离的方法有多种，如基于激光脉冲时间差的点测距法、基于幅度调制波相位差的深度获取、几何光学聚焦法、Moire拓扑技术、全息干涉测量法、Fresnel衍射技术和结构光法等。超声也常用来获取深度信息。计算机立体视觉技术近年来在许多领域得到广泛应用。基本方法是从两个或多个视点去观察同一场景，获得在不同视角下的一组图像，获得不同图像中对应像素间的视差，然后通过三角计算测量出场景中目标的深度信息,它需要确定双目或多目图像中的对应点，这是一个很困难的问题。当空间三维场景被投影为二维图像时一些有用信息由于投影而丢失了，同一景物在不同视点下的图像中会有很大的不同，受遮挡或阴影的影响，景物的若干点有可能不出现在所有图像中，而且场景中的诸多变化因素，如光照条件、噪声干扰、景物几何形状的畸变、表面物理特性以及摄像机特性等，都被综合到单一的图像灰度值中，要仅由这一灰度值确定以上诸多因素是十分困难的，至今这个问题还没有得到很好的解决。增大基线长度可以改善深度测量精度，但同时会增大图像间的差异，增加匹配的困难程度。多机位小孔成像可合成为大孔径图像，与单镜头成像一致。日本有文献[Kusumoto,N.；Hiura,S.；Sato,K.UncalibratedSyntheticApertureforDefocusControlIEEEConferenceonComputerVisionandPatternRecognition,2009.CVPR2009.P:2252-2259]研究了利用合成孔径方法对针孔成像照片进行艺术加工，使之产生非主体散焦效果，以突出视觉重点。单目聚/散焦测距法发展较为成熟，根据合成孔径原理使用多个摄像机可获得单目大孔径效应，因此可借鉴单目成像丰富的聚/散焦测距算法，使得合成孔径成像测距拥有较高的发展基础。由于符合针孔成像特点的数码设备造价很低，成像结果便于数字化处理，合成孔径成像的发展前景广阔。一篇中国专利技术专利(CN103033166B)公开了一种基于合成孔径聚焦图像的目标测距方法，该方法包括以下步骤：步骤1、利用小孔成像模型摄像机获取与目标视线垂直的等间隔线阵机位图像序列，线阵与目标视线交点处机位的图像作为基准图像；步骤2、将可测距离范围分成多个距离段，对于每一个距离段，先分别计算出所述图像序列中各幅图像与基准图像之间的像差，然后将图像序列中各幅图像进行像差校正后进行叠加，得到该距离段所对应的像差校正叠加图像；每一个距离段对应一幅像差校正叠加图像；步骤3、计算基准图像中每个像素的邻域与每一幅像差校正叠加图像中相应区域的相似度，并选取相似度随像差校正叠加图像变化的范围大于一预设阈值的像素作为可测距像素；步骤4、对于基准图像中的每一个可测距像素，选出相应区域与该可测距像素的邻域的相似度最大的像差校正叠加图像，该像差校正叠加图像所对应的距离段即为该可测距像素对应目标点所处的距离段。该方法利用利用合成孔径聚焦成像的原理进行目标测距，具有实现成本低、抗干扰能力强、算法简单等优点。然而，获得精确的合成孔径聚焦像是困难的，尤其是大孔径，移动拍摄图像序列的聚焦更难；散焦像斑块的干扰也不容忽视；此外，合成孔径叠加像具有超分辨率重建潜力，而现有单目测距对此潜力难以利用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距方法，可有效抑制共模误差和散焦像干扰，改善合成孔径聚焦图像测距的性能。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距方法，包括以下步骤：步骤1、从两个结构相同的面阵处，以所述两个面阵的对称中心作为基准机位，对目标所在场景分别进行光学合成孔径成像，分别得到一组对应不同聚焦距离的合成孔径图像；步骤2、对每一个聚焦距离，将其所对应的从两个面阵处获得的两幅合成孔径图像作为一对，然后对每一对合成孔径图像进行以下处理：以其中一幅图像中的目标图像作为参考图像，将另一幅图像中与参考图像相对应的区域作为匹配位置图像，并将另一幅图像中与匹配位置图像间的像差矢量的模在(0,d]范围内变化的一系列区域作为非匹配位置图像，d为预设的最大像差；计算参考图像与匹配位置图像之间的相容信息量R0以及参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量，并将所计算出的参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量中大于R0的值统一修改为R0，然后计算修改后的参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量的均值；最后以R0与所述均值的差值作为该聚焦距离的检测量；所述相容信息量用于度量两幅图像的信息中相同部分的量；步骤3、找出检测量最大的聚焦距离，并判断该聚焦距离所对应的R0是否大于预设的相容信息量门限值，如是，则以该聚焦距离作为目标距离。根据相同的专利技术思路还可以得到以下技术方案：一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距装置，包括：双目合成孔径成像单元，用于从两个结构相同的面阵处，以所述两个面阵的对称中心作为基准机位，对目标所在场景分别进行光学合成孔径成像，分别得到一组对应不同聚焦距离的合成孔径图像；距离检测单元，用于根据双目合成孔径成像单元所获得的两组对应不同聚焦距离的合成孔径图像检测出目标距离，其检测方法具体如下：对每一个聚焦距离，将其所对应的从两个面阵处获得的两幅合成孔径图像作为一对，然后对每一对合成孔径图像进行以下处理：以其中一幅图像中的目标图像作为参考图像，将另一幅图像中与参考图像相对应的区域作为匹配位置图像，并将另一幅图像中与匹配位置图像间的像差矢量的模在(0,d]范围内变化的一系列区域作为非匹配位置图像，d为预设的最大像差；计算参考图像与匹配位置图像之间的相容信息量R0以及参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量，并将所计算出的参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量中大于R0的值统一修改为R0，然后计算修改后的参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量的均值；最后以R0与所述均值的差值作为该聚焦距离的检测量；所述相容信息量用于度量两幅图像的信息中相同部分的量；找出检测量最大的聚焦距离，并判断该聚焦距离所对应的R0是否大于预设的相容信息量门限值，如是，则以该聚焦距离作为目标距离。优选地，所述面阵为圆形面阵；所述光学合成孔径成像通过密布在圆形面阵中的小孔成像模型摄像机阵列同时拍摄实现，或者通过单个小孔成像模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、从两个结构相同的面阵处，以所述两个面阵的对称中心作为基准机位，对目标所在场景分别进行光学合成孔径成像，分别得到一组对应不同聚焦距离的合成孔径图像；步骤2、对每一个聚焦距离，将其所对应的从两个面阵处获得的两幅合成孔径图像作为一对，然后对每一对合成孔径图像进行以下处理：以其中一幅图像中的目标图像作为参考图像，将另一幅图像中与参考图像相对应的区域作为匹配位置图像，并将另一幅图像中与匹配位置图像间的像差矢量的模在(0,d]范围内变化的一系列区域作为非匹配位置图像，d为预设的最大像差；计算参考图像与匹配位置图像之间的相容信息量R0以及参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量，并将所计算出的参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量中大于R0的值统一修改为R0，然后计算修改后的参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量的均值；最后以R0与所述均值的差值作为该聚焦距离的检测量；所述相容信息量用于度量两幅图像的信息中相同部分的量；步骤3、找出检测量最大的聚焦距离，并判断该聚焦距离所对应的R0是否大于预设的相容信息量门限值，如是，则以该聚焦距离作为目标距离。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距方法，其特征在于，包括以下步
骤：
步骤1、从两个结构相同的面阵处，以所述两个面阵的对称中心作为基准机位，
对目标所在场景分别进行光学合成孔径成像，分别得到一组对应不同聚焦距离的
合成孔径图像；
步骤2、对每一个聚焦距离，将其所对应的从两个面阵处获得的两幅合成孔径图
像作为一对，然后对每一对合成孔径图像进行以下处理：以其中一幅图像中的目
标图像作为参考图像，将另一幅图像中与参考图像相对应的区域作为匹配位置图
像，并将另一幅图像中与匹配位置图像间的像差矢量的模在(0,d]范围内变化的
一系列区域作为非匹配位置图像，d为预设的最大像差；计算参考图像与匹配位
置图像之间的相容信息量R0以及参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息
量，并将所计算出的参考图像与各非匹配位置图像之间的相容信息量中大于R0的值统一修改为R0，然后计算修改后的参考图像与各非匹配位置图像之间的相
容信息量的均值；最后以R0与所述均值的差值作为该聚焦距离的检测量；所述
相容信息量用于度量两幅图像的信息中相同部分的量；
步骤3、找出检测量最大的聚焦距离，并判断该聚焦距离所对应的R0是否大于
预设的相容信息量门限值，如是，则以该聚焦距离作为目标距离。
2.如权利要求1所述目标测距方法，其特征在于，所述面阵为圆形面阵；所述
光学合成孔径成像通过密布在圆形面阵中的小孔成像模型摄像机阵列同时拍摄
实现，或者通过单个小孔成像模型摄像机在圆形面阵中一系列密集排布的机位分
时拍摄实现。
3.如权利要求1所述目标测距方法，其特征在于，对于灰度图像，所述相容信
息量的度量形式为两幅图像的信息熵与两幅图像间相似度的乘积，或者为两幅图
像的平均信息熵与两幅图像间相似度的乘积，或者为两幅图像的锐度均值或梯度
均值或对比度均值与两幅图像间相似度的乘积，或者为两幅图像的互熵；对于彩
色图像，所述相容信息量的度量形式为采用灰度图像的相容信息量度量形式所得
到的两幅图像在RGB颜色空间中各通道子图像间相容信息量的和或均值。
4.如权利要求1所述目标测距方法，其特征在于，使用基于超分辨率复原的光

\t学合成孔径成像方法对目标所在场景分别进行光学合成孔径成像。
5.如权利要求1所述目标测距方法，其特征在于，所述像差矢量的模在(0,d]范
围内逐像素变化。
6.一种基于双目合成孔径聚焦图像的目标测距装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广东，陈智，黄海行，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32