朱榮華

摘 ? 要：為了簡(jiǎn)化立體匹配的復(fù)雜度，進(jìn)一步優(yōu)化雙目立體系統(tǒng)標(biāo)定算法，文章基于雙目立體視覺(jué)視差原理，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)定立體系統(tǒng)算法以及相關(guān)參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究，分析了影響算法各個(gè)參數(shù)的設(shè)置以及高精度標(biāo)定板的獲取，總結(jié)出了基于HALCON雙目標(biāo)定的優(yōu)化方法，計(jì)算誤差可達(dá)到0.15個(gè)像素，實(shí)驗(yàn)證明該方法提高了標(biāo)定精度和計(jì)算效率，可滿足各種測(cè)量系統(tǒng)的需要。

關(guān)鍵詞：HALCON;視差;亞像素級(jí)處理;系統(tǒng)標(biāo)定

近年來(lái)，雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)研究一直是機(jī)器視覺(jué)的研究熱點(diǎn)和焦點(diǎn)[1]。非接觸式雙目立體視覺(jué)具有設(shè)備要求較低、連續(xù)性高、非接觸和無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)[2]，同時(shí)，雙目視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)透視、旋轉(zhuǎn)等幾何失真，以及現(xiàn)實(shí)世界中物體之間相互遮擋等情況，這些因素大大增加了匹配的難度[3]，而精確標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)可大大提高測(cè)量精度，在一定程度上減小匹配的復(fù)雜度。HALCON是德國(guó)MVtec公司開(kāi)發(fā)的一套完善的視覺(jué)算法包[4]，包含三維重建、多目立體視覺(jué)和深度學(xué)習(xí)等高級(jí)算法，此軟件應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，需要圖像處理的地方均可以使用HALCON。本文基于HALCON圖像處理平臺(tái)，求解左右攝像機(jī)參數(shù)，提出了基于HALCON雙目標(biāo)定的優(yōu)化方法，該方法操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。

1 ? ?基于HALCON標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

1.1 ?采集標(biāo)定板圖像

本實(shí)驗(yàn)選用HALCON提供的標(biāo)準(zhǔn)2D精密靶標(biāo)，靶標(biāo)大小為（30×30）mm，陣列為7×7的黑色圓點(diǎn)陳列型平面標(biāo)定板。確定合適的標(biāo)定板規(guī)格后，通過(guò)函數(shù)gen_caltab（）生成相標(biāo)定板描述文件，它描述了標(biāo)定板的行數(shù)、列數(shù)、方向標(biāo)記等信息。然后，調(diào)用函數(shù)read_image（），循環(huán)讀取15幅標(biāo)定板圖像。

1.2 ?讀取標(biāo)定參數(shù)

獲取標(biāo)定板圖像后，通過(guò)函數(shù)find_caltab（），該函數(shù)經(jīng)過(guò)平滑圖像和閾值分割處理后，可以找到標(biāo)定板位置、分割出標(biāo)定板區(qū)域。需要注意的是，該算子的參數(shù)設(shè)置關(guān)系著標(biāo)定板能否準(zhǔn)確提取，影響著標(biāo)志圓點(diǎn)的精確提取，經(jīng)循環(huán)處理后嚴(yán)重影響整個(gè)雙目系統(tǒng)的標(biāo)定精度。實(shí)驗(yàn)合理設(shè)置的參數(shù)為SizeGauss=3，MarkThresh=70，MinDiamMarks=5，可直觀驗(yàn)證設(shè)置的參數(shù)能否準(zhǔn)確分割出標(biāo)定板區(qū)域。為了確定每個(gè)標(biāo)定板區(qū)域中標(biāo)志圓點(diǎn)的坐標(biāo)，選用函數(shù)find_marks_and_pose（）。首先，通過(guò)亞像素閾值分割算法，將標(biāo)定板內(nèi)部與背景分離;其次，利用Canny亞像素邊緣提取和圓心確定方法，確定每個(gè)標(biāo)定板區(qū)域中49個(gè)圓形標(biāo)志點(diǎn)的圖像坐標(biāo)以及左右攝像機(jī)的外部參數(shù)初始值。

1.3 ?執(zhí)行標(biāo)定

通過(guò)調(diào)用函數(shù)binocular_calibration（）完成雙目系統(tǒng)標(biāo)定，即確定兩攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)以及兩攝像機(jī)的位置關(guān)系。實(shí)驗(yàn)采集15組不同姿態(tài)下的標(biāo)定板圖像，通過(guò)對(duì)左右拍攝的15幅圖像循環(huán)處理，在提取特征時(shí)綜合15幅圖像，左右攝像機(jī)各計(jì)算出725（49×15）個(gè)二維坐標(biāo)值，計(jì)算的坐標(biāo)精度為亞像素級(jí)，同時(shí)，確定出左右攝像機(jī)與15幅標(biāo)定板的位置關(guān)系，進(jìn)一步將這些數(shù)據(jù)保存。

2 ? ?結(jié)果分析

根據(jù)上述的攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，獲得雙目系統(tǒng)標(biāo)定前、后兩攝像的參數(shù)，如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知，右圖像相對(duì)于左圖像的位置僅在X軸方向上有平移，不存在Y，Z軸的平移與旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明校正后雙目測(cè)量系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的外極線幾何結(jié)構(gòu)[5]。攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程的計(jì)算誤差達(dá)到0.15個(gè)像素，整體實(shí)驗(yàn)精度較高，可滿足各種測(cè)量系統(tǒng)的使用要求。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文基于雙目視差原理，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)定系統(tǒng)算法以及相關(guān)參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究。通過(guò)左右攝像機(jī)采集了15組不同姿態(tài)下的標(biāo)定板圖像，然后，利用HALCON軟件相關(guān)標(biāo)定算子進(jìn)行標(biāo)定，分析了影響算法的各個(gè)參數(shù)。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，明顯提高了標(biāo)定精度和計(jì)算速度，簡(jiǎn)化了立體匹配的復(fù)雜度，可廣泛應(yīng)用在實(shí)際工程中。

[參考文獻(xiàn)]

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