双目视觉测距系统软硬件设计1、简介随着计算机技术和光电技术的发展，机器视觉技术应运而生。 在图像处理技术领域，有利用CCD摄像机作为图像传感器采集数据的非接触测量方法，该方法具有精度高、速度快、成本低等诸多优点，在三维测量中应用前景广阔。 在双目测距技术中，通过两台摄像机拍摄同一场景生成图像视差，并根据该视差建立物距测量模型，实现场景距离的实时计算。
2 .机器视觉的应用和测量方法随着计算机信号处理技术的发展，使利用摄像机获取环境图像信息，实现视觉信息的信息化处理成为可能。 计算机视觉观测技术可以使计算机具有环境信息的认知能力，从而完成了人眼无法完成的工作，大大拓展了视觉信息处理的广度和深度。 基于计算机视觉理论，重点研究如何感知环境中物体的形状、位置、姿态、运动要素是机器视觉。 机器视觉的应用领域非常广泛，主要涉及工业自动化生产线应用、各种检测与监控应用、视觉导航应用、图像自动解释应用、人机交互APP应用、虚拟现实应用等多个领域和场景，取得了很多实用成果。 在数字图像处理和计算机视觉理论研究的基础上，三维曲面非接触式测量技术有了很大的发展，从而研究了适合许多领域的测量方法，主要包括：
1 )激光干涉测量法。 该方法基于光波叠加原理，利用光的干涉原理测量物理，在干涉场中产生明暗交替的干涉条纹，通过对干涉条纹进行分析处理获取被测物体的相关信息。
2 )激光扫描法。 该方法基于光学三角形，从激光光源向实物表面投射亮点或直线条纹，从CCD摄像机获得光束图像，根据光学三角关系计算并测量反射点的三维坐标。
3 )双目立体视觉测量。 该方法基于视差原理，从多个图像获取物体的三维几何信息，之后，根据视差原理复原物体的三维几何信息，重构周围场景的三维形状和位置信息。
4 )结构光三维视觉测量。 基于光学三角法测量原理，利用光源与成像系统之间的三角几何信息进行三维平面测量。
3 .基于轴线平行结构的双目视觉测距原理双目立体视觉测量方法，是研究如何用二维投影图像重构三维场景的世界，用两台不同位置的摄像机(CCD )拍摄同一场景，计算图像中空间点的视差，获取该点的三维空间坐标。 双目立体视觉基于视差原理，通过三角法原理进行三维信息的获取。 即，在两个照相机的图像平面和北侧物体之间构成一个三角形，根据两个照相机之间的位置关系，可以取得两个照相机的共同视野内的物体的三维尺寸和空间物体的特征点的三维坐标。 图1是简单的平面双目立体图像的原理图，即基线距离b，其连接两个照相机的投影中心。 两台照相机在同一时间聚焦于时空物体的同一特征点p，分别用“左眼”和“右眼”获取点p的图像。 他们左右图像上的成像点分别是pl和pr，当将两台照相机的图像放置在同一平面上时，特征点p的图像坐标的“y”坐标一定相同。 根据三角几何关系可以得到以下关系式。
假设视差为D=Xl - Xr。 由此能够计算出特征点p在照相机坐标系中的三维坐标为：
因此，可以计算“左眼”、“右眼”中被测量物的像素视差值，根据标定参数计算该点的三维坐标。 该方法是点对点的运算，只要平面上的所有点存储在对应的匹配点中，就可以通过计算获得对应的三维坐标。
4、基于轴线收敛结构的双目视觉测距原理轴线平行结构双目视觉测距系统原理简单，计算方便，但该结构是理想的结构形式，在实际应用中易受摄像机性能差异、安装技术等多种因素的影响。 通常，双目视觉测距系统倾向于采用轴线收敛结构。 如图2所示，标定摄像机Cl和Cr上的空间基准点p的像点分别为pl和pr。
其射影矩阵分别为M1和M2，由矩阵变换关系得到。 (以下照片3、4 ) )。
式中，(ulvl1)是图像坐标系中pl的同次坐标； (urvr1 ) t是图像坐标系中pr的讲究米坐标； (xcyczc1) t是点p在世界坐标系中的同次坐标。 矩阵表示M1、M2的表现形式
将M1、M2的表现形式代入式(3)、4 )，使用最rdej乘法算法得到的空间坐标为
式中，
目标距离：
5、系统软硬件结构在充分了解双目系统距离测量原理的基础上，设计系统软硬件结构。
5.1、硬件结构双目测距系统硬件由CCD摄像机、图像采集卡、计算机系统及显示设备组成。 CCD相机的功能是获取对象图像信息。 图像获取装置的功能是将图像信息转换为计算机的数字信息。计算机系统的功能是处理图像数据，实现从2D图像坐标到3D空间位置的恢复，最终输出并显示测量结果。 系统结构如图3所示。
5.2软件结构测量系统的软件结构方案采用模块化，各软件功能模块及其相互关系如图4所示，软件结构主要包括摄像机标定模块、图像采集与信息处理模块、数字图像特征检测与特征提取
摄像机标定模块负责系统校准和坐标系转换的图像获取和信息处理模块，负责图像获取初始化和图像信息数字转换的数字图像特征检测和特征提取模块负责图像特征的精细检测和精确提取； 数字图像特征立体匹配模块的功能是实现数字特征立体匹配算法； 目标距离测量
量模块功能为：在精确检测与提取特征信息的基础上，解算三维坐标，实现距离在线解算，并通过数据输出模块输出相应息。双目视觉测距系统开启工作时，首先通过镜头将被测量物体的光学图像成像在 CCD图像传感器上；然后图像传感器将光信号转换为模拟电信号，并经数模转换器将模拟信号转换为数字信号；然后经过图像处理器对数字信息进行处理，并存储在存储器中；最后，通过数字接口或视频接口输入。 关注苏州程序大白，持续更新技术分享。谢谢大家支持