一种成像装置及基于暗信道先验模型的检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种标定物目标及兴趣物目标同时成像装置及基于暗信道先验模型的检测方法，成像装置能够同时对标定物目标及兴趣物目标进行成像。在标定物目标所在的图像区域中，利用已知标定物目标同成像设备间基线距离并通过成像模型标定计算出透射率。同时，在标定物目标所在的图像区域中根据暗信道先验模型计算场景中的背景光。在上述计算的基础上，在兴趣物目标所在的区域中，根据所计算得到的透射率以及暗信道先验模型检测出兴趣物目标区域中各点上的距离，以实现检测。本发明专利技术能够稳定、可靠地检测场景中兴趣目标物的空间距离，较为便捷，适用于多类复杂的散射环境。

An imaging device and detection method based on a priori model of dark channel

The invention discloses a simultaneous imaging device for calibrating objects, objects and objects, and a detection method based on a dark channel prior model. The imaging device can simultaneously imaging target objects and interested objects. In the image area where the object is located, the baseline distance between the known object and the imaging device is calculated, and the transmittance is calculated through the calibration of the imaging model. At the same time, the background light in the scene is calculated according to the dark channel prior model in the image region where the target object is calibrated. On the basis of the above calculation, we detect the distance from each point in the region of interest objects according to the calculated transmittance and dark channel prior model in the area where interest objects are located, so as to achieve detection. The invention can reliably and reliably detect the space distance of the object of interest in the scene, which is more convenient and suitable for multi class complex scattering environment.

【技术实现步骤摘要】
一种成像装置及基于暗信道先验模型的检测方法
本专利技术涉及一种成像装置及基于暗信道先验模型的检测方法，属于摄影测量、检测领域。
技术介绍
目前，基于摄影测量的检测所主要采用的是基于多目视觉的距离检测方法。该方法基于立体视觉原理对场景图像进行计算，得到控制点视差以检测控制点距离信息。该方法对于图像信噪比的要求较高。而在散射环境中受到场景光学噪声及光学信息衰减的影响，该方法难以准确地检测并匹配场景控制点信息，空间距离测量误差较大。散射环境中的视觉空间距离测量是机器视觉测量领域中的一个难题。目前，国内外许多研究学者针对雾天环境与水下环境等强散射环境，将暗信道先验模型用于获取场景深度数据的过程中。例如，YoavY.Schechner在2005年，提出将暗信道先验模型与水下成像技术相结合，对获取同视角不同光强角度的光强图像进行处理，恢复并获取场景深度信息。S.Negah等将将暗信道先验模型与双目立体视觉成像理论相结合，补偿后向散射造成的光强衰减影响，得到场景空间距离图。Hautiere等人提出了利用成像环境中微粒带来的散射现象进行对场景深度空间距离的估计。但是上述方法仅能检测相对空间距离非纲量比例信息，难以检测真实的空间距离纲量信息。此外，由于采用了复杂的双目视觉系统，系统的复杂度很高，对多目间基线空间距离的稳定性要求较为严格，且能耗较高。难以适用于施测作业场景复杂的散射环境。不同于现有技术，本专利技术提出一种暗信道先验模型、成像模型以及环境标定计算结合的方法能够检测场景中兴趣物目标真实空间距离的纲量信息，且在方法复杂度、能耗及实用性上具有明显的优势。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术难以检测真实纲量空间距离；现有系统计算及硬件复杂度过高，难以适用于复杂境等问题，提供成像装置及基于暗信道先验模型的检测方法。成像装能够同时对标定物目标及兴趣物目标进行成像。方法在标定物目标所在的图像区域中，利用已知标定物目标同相机间基线距离的先验信息并通过成像模型及暗信道先验模型，标定计算出当前散射环境中场景的透射率及背景光。在此基础上，在兴趣物目标所在的区域中，根据所计算得到的场景透射率以及暗信道先验模型检测出兴趣物目标区域中各点上的空间距离，以实现空间距离检测。本专利技术能够稳定、可靠地基于单目视觉计算当前场景的透射率并检测场景中兴趣物目标真实空间距离的纲量信息，较为便捷，适用于雾天、水下等多种复杂的散射环境。技术方案：一种标定物目标及兴趣物目标同时成像装置，包括相机，支撑结构，透明连接杆，及作为标定物目标的黑色参考小球；所述相机设置在支撑结构上；所述透明连接杆的一端固定在相机镜头的外侧壁上方，另一端悬接黑色参考小球作为标定物目标，标定物目标为黑色圆形平面物，半径为0.5cm，圆形平面物中心距镜头的基线空间距离为18cm，标定物目标的成像位置位于所成图像的左上区域，在所成图像中，标定物目标中心在图像坐标系的位置为[64,64]像素，标定物目标图像区域占整幅图像区域的0.57％。黑色参考小球半径为0.5cm，作为标定物目标，使标定物目标为黑色圆形平面物，目标反射率为0；透明连接杆的长度为18cm，实现了圆形平面物中心距镜头的基线空间距离为18cm；透明连接杆与镜头轴向平行，黑色参考小球中心距透明连接杆下部平面的垂直距离为3cm，使得标定物目标的成像位置位于所成图像的左上区域，其中透明连接杆为条形，厚度为3mm，在所成图像中，标定物目标中心位置[64,64]，标定物目标图像区域占整幅图像区域的0.57％。一种基于暗信道先验模型的检测方法，包括如下步骤：步骤(1)以本专利技术公开的成像装置同时对黑色标定物目标及兴趣物目标进行成像。其中标定物目标设计为黑色圆形平面物(目标反射率为0)，半径为0.5cm，圆形平面物中心距镜头的基线空间距离为18cm，标定物目标的成像位置位于所成图像的左上区域，在所成图像中，标定物目标中心位置[64,64]，标定物目标图像区域占整幅图像区域的0.57％。步骤(2)在标定物目标区域根据暗信道估计模型检测场景背景光：步骤(3)在标定物目标区域标定检测场景的透射率步骤(4)在兴趣物目标区域中检测目标点的空间距离纲量信息。附图说明图1为本专利技术成像装置的结构示意图；图2为本专利技术方法流程图；图3为本专利技术方法得到的检测结果示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，标定物目标及兴趣物目标同时成像装置，包括相机，支撑结构，透明连接杆，及作为标定物目标的黑色参考小球；支撑结构包括底座和支撑杆，支撑杆下端固定在底座上，相机上连接有控制缆线，安装在支撑杆上端，透明连接杆的一端通过固定螺丝固定在相机镜头的外侧壁上方，固定位置因相机选型而异，例如，NikonD90型号相机，固定位置距离相机下平面之上10cm，距离相机中心轴距右侧离为3cm。透明连接杆的另一端悬接黑色参考小球作为标定物目标，标定物目标为黑色圆形平面物，半径为0.5cm，圆形平面物中心距镜头的基线空间距离为18cm，透明连接杆与镜头轴向平行，黑色参考小球中心距透明连接杆下部平面的垂直距离为3cm，使得标定物目标的成像位置位于所成图像的左上区域，其中透明连接杆为条形，厚度为3mm，在所成图像中，标定物目标中心位置[64,64]，标定物目标图像区域占整幅图像区域的0.57％。如图2所示，基于暗信道先验模型的检测方法，包括如下步骤：一、标定物目标及兴趣物目标同时成像以本专利技术公开的成像装置同时对黑色标定物目标及兴趣物目标进行成像。其中标定物目标设计为黑色圆形平面物(目标反射率为0)，半径为0.5cm，圆形平面物中心距镜头的基线空间距离为18cm，标定物目标的成像位置位于所成图像的左上区域，在所成图像中，标定物目标中心位置[64,64]，标定物目标图像区域占整幅图像区域的0.57％。二、场景背景光检测所成图像主要包含成像光线和光幕光两种信息。成像光线指的是目标辐射出的准直光线，该部分的光线在传播过程中仅发生能量的衰减而并没有发生光路的变化。另一部分并不源于照准区域的光线通常称为光幕光，该部分光线源于环境中悬浮颗粒物的多次散射效应。成像过程可以建模为：I(x)＝βρxexp[-αr(x)]+β(1-exp[-αr(x)])(1)其中I(x)为场景中空间x处成像所捕获的光线，β为场景中的背景光，ρx为场景中空间x处目标表面的反射率，α为介质对光线的衰减系数，r(x)为场景中空间x处的成像空间距离。本专利技术采用基于暗信道先验模型计算场景背景光。暗信道先验发现在每个非背景区域的小图像块中，至少有一个像素中的至少一个色彩信道的强度很低，如式(2)。其中，Idark(x)为像素点x处暗信道的光强度，Ωx为以像素点x为中心的邻域，Ic(y)为像素点y处色彩信道c的光强度，这种暗信道的成因主要包括以下三种情况：全黑色目标、彩色目标或阴影，即：βdarkρdarkexp[-αdarkrx]≈0(3)其中，βdark，ρdark，αdark，为暗信道上的背景光，目标反射率及透射率，rx为像素点x处的距离。Idark本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种标定物目标及兴趣物目标同时成像装置，其特征在于：包括相机，支撑结构，透明连接杆，及作为标定物目标的黑色参考小球；所述相机设置在支撑结构上；所述透明连接杆的一端固定在相机镜头的外侧壁上方，另一端悬接黑色参考小球作为标定物目标，标定物目标为黑色圆形平面物，半径为0.5cm，圆形平面物中心距镜头的基线空间距离为18cm，标定物目标的成像位置位于所成图像的左上区域，在所成图像中，标定物目标中心位置[64,64]，标定物目标图像区域占整幅图像区域的0.57％。

【技术特征摘要】
1.一种标定物目标及兴趣物目标同时成像装置，其特征在于：包括相机，支撑结构，透明连接杆，及作为标定物目标的黑色参考小球；所述相机设置在支撑结构上；所述透明连接杆的一端固定在相机镜头的外侧壁上方，另一端悬接黑色参考小球作为标定物目标，标定物目标为黑色圆形平面物，半径为0.5cm，圆形平面物中心距镜头的基线空间距离为18cm，标定物目标的成像位置位于所成图像的左上区域，在所成图像中，标定物目标中心位置[64,64]，标定物目标图像区域占整幅图像区域的0.57％。2.一种通过权利要求1所述的成像装置实现的基于暗信道先验模型的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：通过成像装置同时对黑色标定物目标及兴趣物目标进行成像，并在一幅图像中基于暗信道先验模型及成像模型同时检测当前散射环境中场景的透射率以及兴趣物目标上各点的空间距离；在透射率的计算过程中，在标定物目标所在的区域中根据暗信道先验模型、成像模型及已知的标定物目标同成像设备间基线距离标定计算出当前散射环境中场景的透射率和背景光；随后，在兴趣物目标区域中，根据计算得到的透射率、背景光及暗信道先验模型检测出兴趣物目标各点的空间距离，实现兴趣物目标距离检测。3.如权利要求2所述的基于暗信道先验模型的检测方法，其特征在于，将标定物目标设计为黑色圆形平面物，标定物目标表面光反射率为0，标定物目标区域中目标上各点的亮度完全由场景背景光照射形成。标定物目标所在的区域建模为：Iλ(xc)＝βλ(1-exp[-αλr(xc)])(11)则，其中，Iλ(xc)为标定目标物上的点xc红绿蓝色彩信道λ＝[R,G,B]上的强度，αλ为当前散射环境中色彩信道λ＝[R,G,B]的透射率,r(xc)为标定目标物上的点xc同成像设备间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲，王慧斌，黄凤辰，李建霓，胡敏，王建华，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32