仪器及装置基于双目视觉的标志点定位系统硬件设计摘要：双目视觉通过模仿人类视觉来获得物体的深度信息，使机器具有从二维图像认知三维环境的能力。针对特定应用场合，建立一种自主设计的反光标志点，通过被动式反射光源发出的光来进行定位。基于双目视觉原理搭建试验平台，分析了系统硬件各组成部分技术特点，通过对系统硬件的特殊设计很好地解决了复杂背景对目标物识别定位的干扰。最后通过距离和角度测量试验，验证系统的精度。关键词：双目视觉；视差；三维坐标；硬件系统：TN29文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2015.02.015HardwaredesignofmarkerpositioningsystembasedonbinocularvisionWANGLigang，MAGuoxin,XIANGPeng(InstituteofIndustryTechnology,GuangzhouChineseAcademyofSciences，Guangzhou511458，China)Abstract：Thebinocularvisiondirectlysimulatesthemannerofhumaneyesobservingonescenefromdifferentviewpointstoobtainthedepthinformationofobject.Thissystemisforaparticularapplication.Theobjectspositionedbythissystemaremarkerswhichcanreflectthelightradiatedbythelightsource,sotheycanbelocatedbythepassivereflection.Theexperimentplatformissetupbasedontheprincipleofthebinocularvision.Thehardwarecomponentstechnologyisanalyzed.Thesystemcanfindagoodsolutiontotheinfluenceofcomplexbackgroundonrecognitionandlocalizationofthemarkers.Atlast，experimentsareconducted，whichcontainthedistanceandtheanglemeasurements.Theresultsdemonstratethattheaccuracyofthesystemisgood.Keywords：binocularvision；disparity；threedimensionalcoordinate；hardwaresystem引言立体视觉是计算机视觉领域的一个重要分支双目立体视觉通过模拟人类双眼机制，利用两台摄像机从不同位置观察同一目标，获得不同视角下的一组目标图像，基于视差原理计算目标图像对应点间的位置偏差，以此来获取目标物体的三维信息［1］。目前立体视觉在机器人视觉、航空测绘、军事应用、医学诊断及工业检测中应用越来越广泛［2］。一个完整的立体视觉系统通常分为图像获取、摄像机标定、图像预处理、特征匹配及三维重建这五大部分。目前大多数研究集中在摄像机标定［34］、特征匹配［56］及精度分析［7］等方面，而在如何利用硬件设计优化图像获取方面文献较少。因此本文重点研宄双目视觉系统中图像获取这一步，通过特殊的硬件设计来优化获取到的图像，为后续图像处理带来便利。光学仪器第37卷第2期王立钢，等：基于双目视觉的标志点定位系统硬件设计图1平行式摄像模式和汇聚式摄像模式Fig.lBinocularparallelsystemandbinocularconvergentsystem图2汇聚式结构模型原理图Fig.2Schematicdiagramofbinocularconvergentsystem1双目视觉系统工作原理常见的双目视觉系统主要有两种模式：平行式摄像模式和汇聚式摄像模式，如图1所示。平行式摄像模式即两个CCD摄像机按光轴平行安装，该种模式便于标定且计算简单，但是对于视场较小的摄像机，若测量空间视场要求较大则很难满足测量要求。而汇聚式摄像模式由于两光轴成一定角度进行安装，使光轴同时汇聚于目标物体，因此可以通过适当调整两光轴夹角来满足测量的视场要求由于本系统测量要求的视场范围较大，若采取平行式摄像模式则需要大视场摄像机，而视场角大的摄像机获得的图像畸变也较大，不利于提高系统精度［8］，因此本系统采用汇聚式摄像模式，其结构原理图如图2为20，两摄像机光心间距为B，为简化计算，假设两摄像机关于YOZ平面绝对对称，P点为物点，Pl、P2分别为P点在左右摄像机上的像点。坐标系XOZ中，假设P点的世界坐标为（X，Z），其像点Pl、P2的世界坐标分别为（XI，Zl）、（X2,Z2）,其在图像物理坐标系中XOZ平面上的坐标为（XI，0）、（x2,0）。若两摄像机焦距均为f，则根据小孔成像原理及几何关系可得Xl=-B/2-fsin9+xlcos9（1）Zl=-fcos0-xlsin0(2)所示中01C1与O2C2为左右摄像机的光轴，夹角