利用激光标志点实现图像快速匹配的方法和装置制造方法及图纸

一种利用激光标志点实现图像快速匹配的方法和装置，包括左摄像机、右摄像机、激光源和主机ＰＣ，激光源放置在两个摄像机基线的中心位置，其出射口与两个摄像机的镜头在同一个平面上，第一次直接采集目标物体图像ＩｍＬ和ＩｍＲ；第二次采集带激光标志点Ｐ的目标物体图像Ｉｍ１和Ｉｍ２，两组图像分别求差值即可得到激光标志点所对应的两个图像点Ｐ１和Ｐ２的图像坐标，以（Ｐ１，Ｐ２）作为一个特征点对，为图像匹配提供一个精确的初始值，缩小匹配点的搜索区域，从而加速图像匹配过程。本发明专利技术利用激光单色性强、方向性好、亮度高的特点实现图像快速匹配，具有工艺简单、操作方便、实时快速、精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机视觉、图像处理
，特别涉及一种利用激光标志点实现图像 快速匹配的方法和装置。技术背景图像匹配是计算机视觉和图像理解领域的研究热点之一，已广泛应用于多源图像数据 融合、环境监测、目标识别、三维重建、医疗图像分析等多个领域。图像匹配是指把两个 不同传感器对同一场景采集的两幅图像在空间上进行对准，以确定出这两幅图像之间相对 转换的过程。图像匹紀主要有两种方法基于灰度的匹配方法和基于特征的匹配方法。特征是图像 内容最抽象的描述，与基于灰度的匹配方法相比，特征相对于几何图像和辐射度影响来说 更不易变化，因而适应范围更广。特征点匹配是图像匹配的核心和关键，也是难题之一。目前仍然没有统一可行的特征 点匹配算法，通过极线约束和灰度相关方法可以解决部分特征点匹配问题，但是约束不够 充分。不管对数据融合还是三维重建来说，误差的最大来源是匹配点寻找的误差，存在多 义性。目前常用的寻找匹配点的方式是手动输入法，通过用户交互的方式手动选择特征点， 误差较大。而减小匹配误差的关键在于减小匹配的多义性，尽可能得到精确的匹配点。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种利用激光标志点实现图像快 速匹配的方法和装置，利用激光单色性强、方向性好、亮度高的特点实现图像快速匹配， 且具有工艺简单、操作方便、实时快速、精度高的优点。本专利技术的技术解决方案利用激光标志点实现图像快速匹配的方法，其步骤如下(1) 摄像机标定通过对两个摄像机分别进行标定求得两个摄像机的内外参数；(2) 进行目标图像釆集两个摄像机在同一个硬件触发信号控制下同步采集目标物体 的图像，分别得到图像ImL和ImR;(3) 带激光标志点的目标图像采集打开激光源，向目标物体发射激光，两个摄像机 同步采集带激光标志点的目标图像，得到带激光标志点的两个图像Iml和Im2，其中激光 标志点在两个图像上对应的图像点分别记作Pl和P2;(4) 计算特征点坐标对步骤(2)和步骤(3)得到的两组图像Iml和ImL及Im2 和ImR分别求差值，得到P1和P2的图像坐标；(5) 设定匹配入口进行图像匹配以P1和P2作为匹配的入口，通过P1和P2确定一 个匹配的搜索区域，进而加速对图像上其他特征点的搜索速度，实现图像的快速匹配。本专利技术的另一目的是提供一种利用激光标志点实现图像快速匹配的装置，其包括第一摄 像机C1、第二摄像机C2、激光源L和与上述两个摄像机相连接的主机PC,激光源L放置 在上述两个摄像机基线的中心位置，激光源L的出射口与两个摄像机的镜头在同一个平面 上，激光源L射出的激光能够打在目标物体上，形成一标志点，两个摄像机通过主机PC发 出的同一个外触发信号对带有此标志点的目标物体进行同步图像采集，并将采集的目标图 像送至主机PC进行计算和处理，实现图像的快速匹配。本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术主要利用激光的准直性、单色性、高亮度 的特点，通过两个摄像机进行同步图像采集，根据目标物体上的激光标志点进行特征点的 匹配，而无需手工选择控制点，减少了误差，提髙了匹配速度，并且具有工艺简单、操作 方便、实时快速、精度髙等优点。 附图说明图1为未入射激光时两个摄像机采集图像的示意图； 图2为本专利技术利用激光标志点实现图像快速匹配的装置的原理图 图2为本专利技术利用激光标志点实现图像快速匹配的方法的流程图。具体实施方式如图l、 2所示，本专利技术的装置中，左摄像机C1和右摄像机C2主轴平行放置，分别与 主机PC相连，由主机发出的同一个外触发信号进行同歩。如图2所示，激光源L放置在 C1和C2基线的中心位置，以保证L发出的激光点能够打在目标物体上，形成一激光标志 点，而且该激光标志点能够同时被两个摄像机采集到。L的出射口与两个摄像机的镜头在同 一个平面上，保证目标物体不被遮挡。图1所示为第一次采集图像，激光源关闭，直接采 集目标物体图像；图2所示为第二次采集图像，激光源打开，两个摄像机同步采集射入激 光标志点之后的目标物体图像。上述的两个摄像机的光学参数完全相同，且两个摄像机水平放置，主轴平行。激光光 源釆用普通的激光点光源，最简单的情况下，可用激光笔实现。如图3所示，本专利技术的方法具体实施步骤如下第一步，摄像机标定。用标定板对放置好的两个摄像机进行标定，求出其摄像机模型， 即两个摄像机的内外参数第二步，目标图像采集。摄像机C1和C2在主机发出的同一个硬件触发信号控制下同 步采集目标物体的图像，分别得到ImL和ImR;第三步，带激光标志点的目标图像采集。打开激光源L，向目标物体发射激光，摄像机 Cl和C2同步采集带激光标志点的目标图像，得到Iml和Im2，其中激光标志点在两个图 像上对应的图像点分别记作Pl和P2;第四步，计算特征点坐标。由于P1和P2对应于物体上的同一点，因此P1和P2是一 对匹配的特征点。对射入激光和没有射入激光的两组图像Iml和ImL以及Im2和ImR求 差值，由于两组图像是在摄像机固定、目标物体固定的情况下采集的，因此只有激光入射 点的差别，通过计算两个图像的差值即可得到Pl和P2的图像坐标；第五步，设定匹配入口进行图像匹配。以Pl和P2作为特征点匹配的入口，在Pl和 P2的附近目标物体上的图像点都是匹配的，通过Pl和P2确定两幅图像中搜索匹配点的一 个搜索区域，减少了匹配的不确定性，加速了对图像上其他特征点的搜索速度，进而实现 图像的快速匹配。上述的通过P1和P2确定一个匹配的搜索区域，实现快速匹配的方法如下(1) 在图像ImL中，将P1右侧相邻的点记为Q1，以Q1为中心创建一个大小为A的 窗口，用窗口内邻域像素的灰度值分布来表征该像素点Q1的灰度值OG2):(2) 在图像ImR中，将P2右侧相邻的点记为Q2，以Q2为中心创建同样大小的一个 窗口，用窗口内邻域像素的灰度值分布来表征Q2的灰度值Gr(込)；(3) 比较Gr(Q)和Gr(込)，若二者的差值在阑值5内，则(Q1, Q2)为一对匹配点 否则，继续判断Q2右侧的像素点，直到找到与Q1匹配的点，将此点记作Q2;(4) 用Q1代替P1，用Q2代替P2，重复步骤(1)-(3),则可找到图像I迈L中初 始点Pl右侧相同y坐标的所有的点在图像ImR中的匹配点；(5) 用同样方法搜索ImL中初始点Pl左侧相同y坐标的所有点在ImR中的匹配点(6) 再用同样方法沿y轴自上而下搜索匹配点，这样即可得到两幅图像ImL和ImR 中所有的匹配点，实现了图像匹配。最后所应说明的是，以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的 普通技术人员来说，在不脱离本专利技术利用激光标志点或栅格图案来增加图像特征点加速匹配的 前提下，还可以做出若干改进或等同替换，这些改进和等同替换也应视为本专利技术的保护范围。权利要求1、利用激光标志点实现图像快速匹配的方法，其特征在于步骤如下(1)摄像机标定通过对两个摄像机分别进行标定求得两个摄像机的内外参数；(2)进行目标图像采集两个摄像机在同一个硬件触发信号控制下同步采集目标物体的图像，分别得到图像ImL和ImR；(3)带激光标志点的目标图像采集打开激光源，向目标物体发射激光，两个摄像机同步采集带激光标志点的目标图像，得到带激光标志点的两个图像Im1和Im2本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用激光标志点实现图像快速匹配的方法，其特征在于步骤如下：　　　　（１）摄像机标定：通过对两个摄像机分别进行标定求得两个摄像机的内外参数；　　　　（２）进行目标图像采集：两个摄像机在同一个硬件触发信号控制下同步采集目标物体的图像，分别得到图像ＩｍＬ和ＩｍＲ；　　　　（３）带激光标志点的目标图像采集：打开激光源，向目标物体发射激光，两个摄像机同步采集带激光标志点的目标图像，得到带激光标志点的两个图像Ｉｍ１和Ｉｍ２，其中激光标志点在两个图像上对应的图像点分别记作Ｐ１和Ｐ２；　　　　（４）计算特征点坐标：对步骤（２）和步骤（３）得到的两组图像Ｉｍ１和ＩｍＬ及Ｉｍ２和ＩｍＲ分别求差值，得到Ｐ１和Ｐ２的图像坐标；　　　　（５）设定匹配入口进行图像匹配：以Ｐ１和Ｐ２作为匹配的入口，通过Ｐ１和Ｐ２确定一个匹配的搜索区域，进而加速对图像上其他特征点的搜索速度，实现图像的快速匹配。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴威，张淑军，周忠，赵沁平，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]