一種基于合成孔徑聚焦圖像的目標測距方法技術

本發明專利技術公開了一種基于合成孔徑聚焦圖像的目標測距方法。本發明專利技術包括：步驟1、利用小孔成像模型攝像機獲取與目標視線垂直的等間隔線陣機位圖像序列，線陣與目標視線交點處機位的圖像作為基準圖像；步驟2、將可測距離范圍分成多個距離段，獲取各距離段所對應的像差校正疊加圖像；每一個距離段對應一幅像差校正疊加圖像；步驟3、計算基準圖像中每個像素的鄰域與每一幅像差校正疊加圖像中相應區域的相似度，并選取相似度隨像差校正疊加圖像變化的范圍大于一預設閾值的像素作為可測距像素；步驟4、相似度最大的像差校正疊加圖像所對應的距離段即為該可測距像素對應目標點所處的距離段。本發明專利技術具有實現成本低、抗干擾能力強、算法簡單等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種測距方法，尤其涉及，屬于測繪

技術介紹
測量目標距離的方法有多種，如基于激光脈沖時間差的點測距法、基于幅度調制波相位差的深度獲取、幾何光學聚焦法、Moire拓撲技術、全息干涉測量法、Fresnel衍射技術和結構光法等。超聲也常用來獲取深度信息。計算機立體視覺技術近年來在許多領域得到廣泛應用。基本方法是從兩個或多個視點去觀察同一場景，獲得在不同視角下的一組圖像，獲得不同圖像中對應像素間的視差，然后通過三角計算測量出場景中目標的深度信息，它需要確定雙目或多目圖像中的對應點，這是一個很困難的問題。當空間三維場景被投影為二維圖像時，一些有用信息由于投影而丟失了，同一景物在不同視點下的圖像中會有很大的不同，受遮擋或陰影的影響，景物的若干點有可能不出現在所有圖像中，而且場景中的諸多變化因素，如光照條件、噪聲干擾、景物幾何形狀的畸變、表面物理特性以及攝像機特性等，都被綜合到單一的圖像灰度值中，要僅由這一灰度值確定以上諸多因素是十分困難的，至今這個問題還沒有得到很好的解決。增大基線長度可以改善深度測量精度，但同時會增大圖像間的差異，增加匹配的困難程度。多機位小孔成像可合成為大孔徑圖像，與單鏡頭成像一致。日本有文獻[Kusumoto, N. ;Hiura, S. ;Sato,K.Uncalibrated Synthetic Aperture for DefocusControl IEEEConference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2009. CVPR2009. P:2252-2259]研究了利用合成孔徑方法對針孔成像照片進行藝術加工，使之產生非主體散焦效果，以突出視覺重點。合成孔徑雷達成像技術目前已成熟。單目聚/散焦測距法發展較為成熟，根據合成孔徑原理使用多個攝像機可獲得單目大孔徑效應，因此可借鑒單目成像豐富的聚/散焦測距算法，使得合成孔徑成像測距擁有較高的發展基礎。由于符合針孔成像特點的數碼設備造價很低，成像結果便于數字化處理，合成孔徑成像的發展前景廣闊。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于克服現有測距技術的不足，提供，具有實現成本低、抗干擾能力強、算法簡單等優點。本專利技術的基于合成孔徑聚焦圖像的目標測距方法，包括以下步驟步驟1、利用小孔成像模型攝像機獲取與目標視線垂直的等間隔線陣機位圖像序列，線陣與目標視線交點處機位的圖像作為基準圖像；步驟2、將可測距離范圍分成多個距離段，對于每一個距離段，先分別計算出所述圖像序列中各幅圖像與基準圖像之間的像差，然后將圖像序列中各幅圖像進行像差校正后進行疊加，得到該距離段所對應的像差校正疊加圖像；每一個距離段對應一幅像差校正疊加圖像；步驟3、計算基準圖像中每個像素的鄰域與每一幅像差校正疊加圖像中相應區域的相似度，并選取相似度隨像差校正疊加圖像變化的范圍大于一預設閾值的像素作為可測距像素；步驟4、對于基準圖像中的每一個可測距像素，選出相應區域與該可測距像素的鄰域的相似度最大的像差校正疊加圖像，該像差校正疊加圖像所對應的距離段即為該可測距像素對應目標點所處的距離段。上述技術方案中，所述等間隔線陣機位圖像序列可以利用等間隔排列的多個攝像機同時或不同時拍攝獲得，也可利用同一小孔成像模型攝像機等間隔移動拍攝得到，尤其是后者對于航拍測距的應用更具有重要意義。相比現有技術，本專利技術具有如下有益效果I)用信號實時處理方法實現成像面的靈活移動(和光圈靈活張縮)，實現單目聚焦測量距離，避免了光學鏡頭聚焦成像的機械動作，測量速度快，使用便利；2)與光學大孔徑鏡頭復雜的制造工藝相比，形成同樣大合成孔徑更容易，大合成孔徑聚焦測距精度高，可廣泛應用于生產、科研、軍事等領域，尤其可應用于航拍圖像序列，測繪出地面場景三維圖像；3)被動測繪具有隱蔽，無電磁波污染的優點，測繪成本低；4)若主動向目標區投影紋理圖案，可使目標區圖像信息熵合理分布，可測距點分布符合需要；5)由于線陣相鄰攝像機基線很短，平緩了視點不同造成的遮擋圖像變化，圖像序列合成像對單個圖像光照、攝像機抖動、噪聲等差異有明顯抑制能力，這種方法不需要進行圖像匹配，算法穩定。附圖說明圖1a 圖1d為合成孔徑聚焦成像的原理示意圖,其中，圖1a顯示目標點P1經大孔徑光學鏡頭聚焦在成像面上；圖1b顯示距光心線r處有一子孔徑，經過此子孔徑成像，Pl仍聚焦在畫面中心，而另一距離處的目標點P2成像距畫面中心存在像差e，它與r線性正相關；圖lc、圖1d顯示全孔徑成像P1為一點，而P2成像為一圓，它由各子孔徑成像組成；圖2為本專利技術的線陣機位示意圖；圖3本專利技術基于合成孔徑聚焦圖像的目標測距方法的流程示意圖；圖4為等間隔線陣機位圖像序列示例；圖5a、圖5b分別為較近和較遠的兩個距離段所對應的像差校正疊加圖像；圖6為基準圖像的信息熵分布二值化圖像；圖7為合成孔徑目標深度圖像。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的技術方案進行詳細說明為了便于公眾充分理解本專利技術的技術方案，首先對合成孔徑聚焦成像的基本原理進行介紹大孔徑鏡頭成像時，通過鏡頭各部位的入射光線經鏡頭折射后，目標光線重新會聚，在成像面成二維像。若將入射光線按所通過的子孔徑分離成像，再用信號處理方法疊力口，就得到合成孔徑像，成像結果與大孔徑鏡頭成像一致。圖1a顯示目標點P1經大孔徑光學鏡頭聚焦在成像面上；圖1b顯示距光心線r處有一子孔徑，經過此子孔徑成像，P1仍聚焦在畫面中心，而另一距離處的目標點P2成像距畫面中心存在像差e，它與r線性正相關。圖lc、圖1d顯示全孔徑成像P1為一點，而p2成像為一圓，它由各子孔徑成像組成，因此我們能仿真大孔徑鏡頭成像過程，將各子孔徑像按一定規則疊加，得到合成孔徑像，它具有大孔徑鏡頭成像的特征，可以應用單目測距的方法測量合成孔徑目標的距離。形成合成孔徑像，并不要求圖1d大孔徑圈中所有子孔徑像都參與計算，只需部分子孔徑像參與疊加計算，就能形成合成孔徑效應。本專利技術的思路就是利用合成孔徑聚焦成像的原理進行目標測距，具體如圖3所示，包括以下步驟步驟1、利用小孔成像模型攝像機獲取與目標視線垂直的等間隔線陣機位圖像序列，線陣與目標視線交點處機位的圖像作為基準圖像。上述圖像序列可以利用等間隔排列的多個攝像機同時或不同時拍攝獲得，也可利用同一小孔成像模型攝像機等間隔移動拍攝得到(例如航拍圖像序列)。本具體實施方式中以圖2所示的攝像機線陣為例進行說明，線陣中各攝像機成像符合小孔成像模型，這樣各攝像機可看成大孔徑鏡頭的線陣子孔徑。如圖2所示，該攝像機線陣中的2N+1個相同攝像機匕平行放置，n=-N，-,0,…N，Ctl為基準攝像機，所有攝像機均勻固定在長度為2NB的橫桿上，攝像機間距為B，基準攝像機Ctl在橫桿中心。攝像機的鏡頭方向與橫桿垂直，所有攝像機中軸線共面平行。這樣一來，攝像機Cn與基準攝像機Ctl的基線為nB。利用該攝像機線陣中的攝像機同時或不同時對目標進行拍攝，可得到包含2N+1幅圖像的圖像序列。圖4為等間隔線陣機位圖像序列的一個示例，拍攝用攝像機為超景深的小孔鏡頭，圖像序列并非同時采集，各圖像光照差異很大。合成孔徑聚焦立體視覺要求獲得同一目標不同機位的多個圖像，對光照、攝像機差異、噪聲等有較強的適應本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于合成孔徑聚焦圖像的目標測距方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、利用小孔成像模型攝像機獲取與目標視線垂直的等間隔線陣機位圖像序列，線陣與目標視線交點處機位的圖像作為基準圖像；步驟2、將可測距離范圍分成多個距離段，對于每一個距離段，先分別計算出所述圖像序列中各幅圖像與基準圖像之間的像差，然后將圖像序列中各幅圖像進行像差校正后進行疊加，得到該距離段所對應的像差校正疊加圖像；每一個距離段對應一幅像差校正疊加圖像；步驟3、計算基準圖像中每個像素的鄰域與每一幅像差校正疊加圖像中相應區域的相似度，并選取相似度隨像差校正疊加圖像變化的范圍大于一預設閾值的像素作為可測距像素；步驟4、對于基準圖像中的每一個可測距像素，選出相應區域與該可測距像素的鄰域的相似度最大的像差校正疊加圖像，該像差校正疊加圖像所對應的距離段即為該可測距像素對應目標點所處的距離段。

【技術特征摘要】
1.一種基于合成孔徑聚焦圖像的目標測距方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1、利用小孔成像模型攝像機獲取與目標視線垂直的等間隔線陣機位圖像序列，線陣與目標視線交點處機位的圖像作為基準圖像； 步驟2、將可測距離范圍分成多個距離段，對于每一個距離段，先分別計算出所述圖像序列中各幅圖像與基準圖像之間的像差，然后將圖像序列中各幅圖像進行像差校正后進行疊加，得到該距離段所對應的像差校正疊加圖像；每一個距離段對應一幅像差校正疊加圖像； 步驟3、計算基準圖像中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳廣東，張凱，何敏，王學孟，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：