本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺，具體是一種面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、單目視覺深度感知是計(jì)算機(jī)視覺新興的一個(gè)重要分支，因其重量輕巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在微小型無(wú)人探測(cè)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外單位采用的單目視覺深度測(cè)量方法主要分為三類：對(duì)焦法、散焦法及雙焦成像法。其中，雙焦成像法是在精確標(biāo)定成像系統(tǒng)兩個(gè)不同焦距狀態(tài)的前提下，基于圖像處理技術(shù)得到兩個(gè)焦距狀態(tài)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)像點(diǎn)位置，再結(jié)合成像幾何關(guān)系由焦距值和像點(diǎn)矢量長(zhǎng)度計(jì)算出目標(biāo)距離信息。

2、從現(xiàn)階段的研究情況來(lái)看，雙焦成像法采用的均為基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的位移式變焦系統(tǒng)，即通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)固體鏡片發(fā)生相對(duì)位移實(shí)現(xiàn)變焦調(diào)焦功能。由于位移式光學(xué)變焦系統(tǒng)的響應(yīng)速度受限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速變焦成像，這將影響單目視覺測(cè)量的實(shí)時(shí)性。液態(tài)透鏡是一類基于仿生學(xué)概念發(fā)展起來(lái)的新型光學(xué)元件，通過(guò)改變液體界面輪廓即可實(shí)現(xiàn)焦距自主調(diào)節(jié)。當(dāng)其應(yīng)用于光學(xué)變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，與全固體鏡頭相比，系統(tǒng)在響應(yīng)速度、結(jié)構(gòu)體量上具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，這類系統(tǒng)工作過(guò)程中液體透鏡光焦度易受溫度、物距等因素的影響，使得系統(tǒng)焦距值存在一定程度的波動(dòng)。由于當(dāng)前內(nèi)參標(biāo)定方法通常適用于系統(tǒng)的單一狀態(tài)，無(wú)法精確標(biāo)定動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)焦距，從而限制了液體變焦成像系統(tǒng)應(yīng)用于深度測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明供一種面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，可在目標(biāo)信息未知的情況下快速獲取成像視野內(nèi)多個(gè)物體目標(biāo)的深度信息，能夠克服單目雙焦成像法存在的精度低、耗時(shí)較長(zhǎng)等不足之處。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，包括如下步驟：

3、步驟1，搭建液體變焦視覺系統(tǒng)，其中，所述液體變焦視覺系統(tǒng)中具有至少兩個(gè)液體透鏡，且所述液體變焦視覺系統(tǒng)具有寬視場(chǎng)成像狀態(tài)與窄視場(chǎng)成像狀態(tài)；

4、步驟2，在所述寬視場(chǎng)成像狀態(tài)下，基于所述液體變焦視覺系統(tǒng)對(duì)包含目標(biāo)的場(chǎng)景進(jìn)行成像，并在自動(dòng)對(duì)焦后得到第一目標(biāo)圖像，且定義當(dāng)前各液體透鏡的光焦度為第一光焦度；

5、步驟3，在所述窄視場(chǎng)成像狀態(tài)下，基于所述液體變焦視覺系統(tǒng)對(duì)包含目標(biāo)的場(chǎng)景進(jìn)行成像，并在自動(dòng)對(duì)焦后得到第二目標(biāo)圖像，且定義當(dāng)前各液體透鏡的光焦度為第二光焦度；

6、步驟4，將各液體透鏡的第一光焦度、第二光焦度，以及目標(biāo)在第一目標(biāo)圖像與第二目標(biāo)圖像中的面積比輸入深度測(cè)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到目標(biāo)的深度值。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述深度測(cè)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括輸入層、隱含層與輸出層，其中，所述隱含層的節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)為tansig，所述輸出層的節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)為purelin；

8、所述深度測(cè)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的處理過(guò)程為：

9、所述輸入層獲取各液體透鏡的第一光焦度、第二光焦度，以及目標(biāo)在第一目標(biāo)圖像與第二目標(biāo)圖像中的面積比后，將其輸至所述隱含層；

10、在所述隱含層，各液體透鏡的第一光焦度、第二光焦度，以及目標(biāo)在第一目標(biāo)圖像與第二目標(biāo)圖像中的面積比經(jīng)由節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)tansig運(yùn)算后得到節(jié)點(diǎn)參數(shù)后，將其輸至所述輸出層；

11、在所述輸出層，所述節(jié)點(diǎn)參數(shù)經(jīng)由節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)purelin的運(yùn)算后得到目標(biāo)的深度值，并將其輸出。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例，在所述深度測(cè)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練過(guò)程中，采用遺傳算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，即利用遺傳算子的全局搜索能力生成節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)tansig、節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)purelin的權(quán)值和閾值的最優(yōu)解。

13、在其中一個(gè)實(shí)施例，目標(biāo)在圖像中面積的獲取過(guò)程為：

14、對(duì)圖像進(jìn)行高斯平滑處理后，基于otsu算法自動(dòng)生成當(dāng)類間方差最大時(shí)對(duì)應(yīng)的閾值，并根據(jù)該閾值將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像；

15、對(duì)二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波處理后，提取二值圖像中目標(biāo)對(duì)應(yīng)的連通域，并通過(guò)對(duì)連通域進(jìn)行邊界追蹤，得到目標(biāo)輪廓在圖像中的位置坐標(biāo)，確定圖像中的目標(biāo)區(qū)域；

16、對(duì)圖像中的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行條狀分割，并基于分割結(jié)果計(jì)算目標(biāo)在圖像中的面積，為：

17、；

18、其中，為目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行條狀分割后的水平線條數(shù)量，為目標(biāo)區(qū)域中包含至少2個(gè)像素點(diǎn)的水平線條數(shù)量，為第個(gè)水平線條的左邊界點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系u方向上的坐標(biāo)值，為第個(gè)水平線條的右邊界點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系方向上的坐標(biāo)值。

19、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述第一光焦度、所述第二光焦度的獲取過(guò)程為：

20、針對(duì)單個(gè)液體透鏡，改變其輸入電壓，并通過(guò)溫度傳感器讀取實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，采用焦距儀測(cè)定光焦度值，得到一系列離散數(shù)據(jù)；

21、基于所有離散數(shù)據(jù)，采用三次樣條插值擬合得到液體透鏡的光焦度函數(shù)；

22、獲取拍攝第一目標(biāo)圖像時(shí)液體透鏡的實(shí)時(shí)輸入電壓與實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，代入光焦度函數(shù)即可得到所述第一光焦度；

23、獲取拍攝第二目標(biāo)圖像時(shí)液體透鏡的實(shí)時(shí)輸入電壓與實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，代入光焦度函數(shù)即可得到所述第二光焦度。

24、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述液體變焦視覺系統(tǒng)的寬視場(chǎng)成像狀態(tài)與窄視場(chǎng)成像狀態(tài)均通過(guò)預(yù)先標(biāo)定的方式確定，其中，所述液體變焦視覺系統(tǒng)在窄視場(chǎng)成像狀態(tài)下的焦距為寬視場(chǎng)成像狀態(tài)下焦距的1.8倍以上。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：

26、本發(fā)明利用液體透鏡調(diào)節(jié)特性與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可在目標(biāo)信息未知的情況下快速獲取成像視野內(nèi)多個(gè)物體目標(biāo)的深度信息，能夠克服單目雙焦成像法存在的精度低、耗時(shí)較長(zhǎng)等不足之處，還能應(yīng)用在輕小型無(wú)人平臺(tái)上，為其實(shí)現(xiàn)單目視覺高性能深度感知提供新的技術(shù)方案。

技術(shù)特征：

1.一種面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，其特征在于，所述深度測(cè)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括輸入層、隱含層與輸出層，其中，所述隱含層的節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)為tansig，所述輸出層的節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)為purelin；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，其特征在于，在所述深度測(cè)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練過(guò)程中，采用遺傳算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，即利用遺傳算子的全局搜索能力生成節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)tansig、節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)purelin的權(quán)值和閾值的最優(yōu)解。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，其特征在于，目標(biāo)在圖像中面積的獲取過(guò)程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，其特征在于，所述第一光焦度、所述第二光焦度的獲取過(guò)程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，其特征在于，所述液體變焦視覺系統(tǒng)的寬視場(chǎng)成像狀態(tài)與窄視場(chǎng)成像狀態(tài)均通過(guò)預(yù)先標(biāo)定的方式確定，其中，所述液體變焦視覺系統(tǒng)在窄視場(chǎng)成像狀態(tài)下的焦距為寬視場(chǎng)成像狀態(tài)下焦距的1.8倍以上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種面向多目標(biāo)深度感知的液體變焦視覺測(cè)量方法，包括：搭建具有至少兩個(gè)液體透鏡的液體變焦視覺系統(tǒng)；在寬視場(chǎng)成像狀態(tài)下對(duì)包含目標(biāo)的場(chǎng)景進(jìn)行成像，自動(dòng)對(duì)焦后得到第一目標(biāo)圖像，定義液體透鏡的光焦度為第一光焦度；在窄視場(chǎng)成像狀態(tài)下對(duì)包含目標(biāo)的場(chǎng)景進(jìn)行成像，自動(dòng)對(duì)焦后得到第二目標(biāo)圖像，定義液體透鏡的光焦度為第二光焦度；將液體透鏡的第一光焦度、第二光焦度，及目標(biāo)在第一目標(biāo)圖像與第二目標(biāo)圖像中的面積比輸入深度測(cè)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到目標(biāo)的深度值。本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，可在目標(biāo)信息未知的情況下快速獲取成像視野內(nèi)多個(gè)物體目標(biāo)的深度信息，克服單目雙焦成像法存在的精度低、耗時(shí)較長(zhǎng)等不足。

技術(shù)研發(fā)人員：甘子豪,洪華杰,張萌,劉召陽(yáng),呂建明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10