共轭像面-模糊度不同-小波变换-三次样条插值运算

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1、第38卷第2期光子学报VoI．38No．22009年2月ACTAPH()T0N1CASINICAFebruary2009单目视觉目标距离测量方法研究*张法全。，路立平，沈满德。，陈良益，崔光照(1郑州轻1二业学院电气信息工程学院，郑州450002)(2中围科学院西安光学精密机械研究所，西安710119)摘要：提出了一种利用单目视觉测量目标距离的方法．当目标与光学系统的距离变化时，其共轭像面的位置也发生相应的变化，而摄像头的CCD是固定的，因此在CCD上得到的是模糊度不同的图像．利用小波变换对得到的图像进行处理，检测模糊图像边缘的宽度，再利用三次样条插值运算计算出目标至光学

2、系统的实际距离．实验结果表明该方法是可行的．关键词：图像处理；单目测距；边缘提取；模糊度；小波变换；样条插值中图分类号：TP39．4文献标识码：A文章编号：1004—42l3(2009)02—453—40引言摄像头的光学系统把空间中的物点成像在一个像平面上，形成平面上的空间像．如图1，AB为AB单目视觉测量是指仅利用一台数码相机或摄像的像平面，称为景像平面，AlB称为对准平面，点C机等视觉传感器，拍摄单张图像来进行测量工作．该为空间的任意点，由高斯公式可计算出点C为它的方法结构简单，操作方便，避免了立体视觉中的视场共轭像点．由点C发出的充满入射光瞳的光束，在小、立体匹配难

3、等问题，因而越来越受到人们的重景像平面上形成一个弥散斑a'b．由物理光学中的视．常用的方法中，几何相似法需要对摄像系统的位衍射现象可知，该弥散斑近似艾里斑，光斑的强度在置、角度等精确测量，几何形状约束法对目标几何形中心点有极大值，然后逐渐减弱“．状有要求，结构光法和激光辅助测距法需要激光作辅助丁具．辅助棒法也需要辅助工具，几何光学法分(聚集法和离焦法，聚集法硬件复杂且昂贵、处理速度慢，离焦法巾离焦模型的准确标定是难点．单日视觉系统中，目标与镜头的距离不同，在稍口CCD像面上成的像大小不同，无法根据像的大小判断原目标的实际大小．必须把像的大小和目标与镜图l光学系统的空间像F

4、ig．1Spatialimageofopticalsystem头的距离结合起来，才能判断目标的实际大小．当目空间目标可以看成由很多点物组成，经过摄像标的实际大小未知时，无法仅仅根据像的大小判断头的光学系统后，在CCD像面上成了一个由无数衍目标的距离．由于摄像头的CCD像面位置固定，对射光斑组合成的模糊图像．在边缘处由于光斑强度于不在对准平面上的空间物点，其像在CCD上会产不同，图像的灰度值不同，为图像处理检测图像的模生弥散斑，从而空问目标在CCD上成像后会变得模糊度提供了条件。糊，目标与镜头的距离不同，得到的图像的模糊度不同．本文据此提出了一种全新的方法，利用图像处理2实

5、现步骤算法，检测图像的模糊度，从而判断目标的距离，实实现单目视觉测距，需要完成三个环节的工作．现了单目视觉测量目标的距离．2．1调焦1光学依据由高斯公式可知，对于距离镜头较远的目标，前后移动引起共轭像面位置的变化很小，因此方法主南高斯公式可知，当焦距为定值，物距z变化时，要针对目标接近镜头时的情形．选用可调焦的摄像相应的像距也随之变化．也就是说，当目标靠近或头，调整到对某一监视位置P成清晰像，则在P点远离镜头时，其共轭像面相应地远离或靠近镜头．与镜头之间将形成模糊的像．目标在其间的位置不同，形成的图像的模糊度不同．中国科学院知识创新工程国防创新重大基金和郑州轻工业学院博士

6、基金资助2．2判断图像的模糊度Tel：029～88887854～001Email：zhangfq@Opt．ac．cn根据图像的模糊度，可以得出原目标与镜头的收稿日期：2007⋯09l2距离．图像的模糊度有不同的定义，本文用目标图像光子学报38卷外轮廓边缘的宽度来衡量．利用样条小波检测图像边缘的计算流程，如图2．图像边缘提取的方法很多，如SOBEL边缘检Detemineparametersofmlevelsplinewaveletfilter测，LAPIACE算子，Canny算子，小波变换等．由于+小波变换有极强的“变焦”能力，有数学显微镜的美Inputimagesigna

7、lm，)◆誉，适当地选择小波基．可以使小波变换在时、频两Makewavelettransformt0the域都具有表征信号局部特征的能力，有利于检测信imagebymallatfastalgorithm◆号的瞬态或奇异点，小波变换的计算复杂度较低，抗Computemoduleanddirectionalargularofimageedge噪音能力强，因此选取小波变换作图像的边缘检+测．Linkpointofmaximumvalueofmoduleatdirectionalangular2．3插值运算●对于特定的光学系统。由于待