一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法，该方法使用波前测量装置测量目标物点辐射球面波的波前信息，然后根据波前计算球面波的球心，即得到了目标物点的空间位置。由于空间目标物可视为由一个个离散的物点组成，所以当波前测量装置完成所有目标物点的位置计算时，即可获得整个空间目标物的深度信息。该方法采用了物理光学中波前测量的方法获取目标物深度信息，摆脱了复杂的传统几何光学与投影几何计算方法，同时为空间目标物的数字化全息记录与显示打下基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法
本专利技术涉及目标物深度信息获取的
，尤其涉及一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法。
技术介绍
在计算机视觉领域，获取目标物深度信息的技术备受科研工作者的关注。深度信息的获取不仅可以使机器人更好的识别人类的表情、手势和肢体动作，以便实现人机交互，还可以使机器人能够自主定位空间目标物并构建地图，以便提高机器人的智能化水平。所以，深度获取的装置和方法在游戏娱乐、医疗、教育等领域都有广泛的应用前景。目前，现有的较成熟的深度信息获取技术包括立体视觉技术、结构光与立体视觉技术和多目视觉技术。在现有的深度信息获取技术中其深度获取方法几乎都是从几何光学的角度出发，采用三角测量的方式根据视差信息计算目标物点的深度信息。在本专利技术中，从物理光学的角度出发，采用波前测量装置记录下目标物点辐射的球面波波前信息，然后根据波前信息计算球面波球心所在位置，来确定完成目标物空间位置坐标。本专利技术所使用方法采用了物理光学中波前测量的方法获取目标物深度信息，摆脱了复杂的传统几何光学与投影几何计算方法，同时为空间目标物的数字化全息记录与显示打下基础。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：从物理光学的角度出发，采用波前测量装置记录下目标物点辐射的球面波波前信息，然后根据波前信息计算球面波球心所在位置，来确定完成目标物空间位置坐标，摆脱了复杂的传统几何光学与投影几何计算方法，同时为空间目标物的数字化全息记录与显示打下基础。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法，包括以下步骤：步骤(1)、使用波前测量装置测量目标物点辐射球面波的波前信息；步骤(2)、根据波前计算球面波的球心，即目标物点的空间位置；步骤(3)、测量空间目标物上每一个离散物点的波前，并计算其位置，当获取所有目标物点的空间位置，即得到了整个空间目标物的深度信息。更进一步的，所述步骤(1)中波前测量装置可以是夏克-哈特曼传感器，也可以是光场相机，也可以是复眼设备。更进一步的，所述步骤(1)中目标物点辐射的光波波前在到达波前测量装置时，是无扰动的发散的球面波。更进一步的，所述步骤(2)中所述根据测量所得波前计算球面波球心的具体方法可以是：采用最小二乘拟合法，求出与测量所得波前曲面拟合度最好的球面波表达式，则可得到其球心空间位置坐标。本专利技术的原理是：假设空间中的目标物是朗伯体，且目标物可视为由离散的物点组成。此外，在波前测量装置与物点距离较近时，可以忽略物点辐射波前时大气对其影响，所以物点所辐射的波前在到达波前测量装置时是规则的球面波。本专利技术从物理光学的角度出发，采用波前测量装置记录下目标物点辐射的球面波波前信息，然后根据波前信息计算球面波球心所在位置，即得到物点的位置坐标，当完成所有物点的定位时也就得到了整个目标物的深度信息。本专利技术有如下优点：首先，该方法采用了物理光学中波前测量的方法获取目标物深度信息，摆脱了复杂的传统几何光学与投影几何计算方法，从物理本质上解释了在无扰动条件下球面波波前测量的意义，同时为空间目标物的数字化全息记录与显示打下基础；其次，该方法可以采集目标物发出(自发或反射)的光波，无需与目标物接触，属于非接触式测量；最后，该方法由于是通过光波测量目标物深度，在自然条件下易于实现，使用范围较广。附图说明图1为本专利技术的基本流程图。图2为基于波前测量的目标物深度信息获取方法原理示意图。图3为仿真中点源的在小型复眼系统的成像图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合本专利技术中涉及的方法，采用简化模型，对基于波前测量的目标物深度信息获取方法的原理进行介绍，以此对本专利技术进一步详细说明。本专利技术是从物理光学的角度出发，采用波前测量装置记录下目标物点辐射的球面波波前信息，然后根据波前信息计算球面波球心所在位置，即得到物点的位置坐标，当完成所有物点的定位时也就得到了整个目标物的深度信息。下面对采用具体实例对基于波前测量的目标物深度信息获取方法进行详细说明。如图1所示，一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法，具体包括如下步骤：步骤(1)、如图2所示，物点P0(x0,y0,z0)为目标物曲面T上的任意一点，点Q(x,y,z)为物点P0(x0,y0,z0)所辐射光波到达波前测量装置时球面波波前上的任意一点。使用波前测量装置测量(光场相机、夏克-哈特曼波前传感器或者复眼装置)目标物点P0(x0,y0,z0)辐射球面波的波前W；步骤(2)、在得到测量波前W后，采用拟合法将其与球面波标准表达式进行拟合，标准球面波表达式为：(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝r2其中，r为球面波半径。解出拟合误差最小时x0,y0,z0的值，即为目标物点P0的空间位置。步骤(3)、采用与步骤(2)中类似的方法，测量空间目标物曲面T上所有物点的波前，并计算其位置，当获取所有目标物点的空间位置，即得到了整个空间目标物的深度信息。从以上步骤可看出该方法采用了物理光学中波前测量的方法获取目标物深度信息，摆脱了传统的几何光学与投影几何方法中复杂的计算，同时为空间目标物的数字化全息记录与显示打下基础。下面，采用仿真一个3×3的复眼装置，对点源所辐射球面波波前的测量来验证本方法的正确性。在仿真中，复眼装置共有9个单眼，每个单眼透镜焦距为1.8mm，口径为0.3mm，像素大小为10μm，波长632.8nm。图3是距离复眼装置3.6mm处的点源在此复眼装置上所成图像的原始图，可得点源在各个子图像中的像点所在位置，像点与单眼的光心连线即为点源所辐射波前W的9个法向量，采用拟合法得到该球面波的数学表达式为：(x-2.71)2+(y-2.69)2+(z-3.61)2＝3.602从上式可以看出，基于波前测量的方式成功的获取了点源在空间上的位置，即点源的深度信息。值得说明的是，在以下仿真中，复眼装置只是对点目标的深度进行测量，由于扩展目标物可以认为是由点目标组成，因此只要分别完成对目标物中点目标的深度测量，便可得到扩展目标物的深度图。以上所述，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本专利技术的权利要求书的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、使用波前测量装置测量目标物点辐射球面波的波前信息；步骤(2)、根据波前计算球面波的球心，即目标物点的空间位置；步骤(3)、测量空间目标物上每一个离散物点的波前，并计算其位置，当获取所有目标物点的空间位置，即得到了整个空间目标物的深度信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、使用波前测量装置测量目标物点辐射球面波的波前信息；步骤(2)、根据波前计算球面波的球心，即目标物点的空间位置；步骤(3)、测量空间目标物上每一个离散物点的波前，并计算其位置，当获取所有目标物点的空间位置，即得到了整个空间目标物的深度信息。2.根据权利要求1所述一种基于波前测量的目标物深度信息获取方法，其特征在于：步骤(1)中波前测量装置可以是夏克-哈特...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾银森，许冰，汤国茂，杨平，何星，王帅，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51