雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法
2024-03-22 09:41:05
雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法
【專利摘要】本發明公開了雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法，包括橫梁和三腳架，所述橫梁固定在所述三腳架上，所述橫梁兩端分別固定著第一攝像機和第二攝像機，所述第一攝像機的鏡頭安裝有第一紅外濾光片，所述第二攝像機的鏡頭安裝有第二紅外濾光片，所述第一攝像機通過第一攝像連接線連接第一採集卡，所述第二攝像機通過第二攝像連接線連接第二採集卡，所述第一採集卡和所述第二採集卡插在計算機內，所述計算機和顯示器連接，所述第一攝像機和所述第二攝像機通過第一通用輸入輸出線和第二通用輸入輸出線連接外觸發端。本發明通過改進硬軟體系統，使系統具備較強的兼容性，能夠實現圖像數據採集與處理、空間重建的並行運行，滿足實時性要求。
【專利說明】雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種定位方法，具體涉及的是雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法。
【背景技術】
[0002]雙目立體視覺測量技術是應用最廣泛的計算機視覺技術之一，該技術模仿人眼系統而設計的立體視覺系統，其主要原理是:兩臺攝像機在不同角度對同一靶標進行拍攝，獲得兩幅圖像，即立體圖像對，計算靶標在兩相機中的視差，根據重建原理即可獲得靶標的空間坐標。雙目立體視覺是獲取空間坐標最基本、最簡單的方法，該技術常用於對靶標進行跟蹤定位。
[0003]目前，雙目立體視覺跟蹤定位系統存在的主要問題是無法兼顧測量精度和測量速度。較高的測量精度要求對圖像進行較高精度的處理，而普通PC機計算能力有限，這必然導致更多的時間消耗。以硬體處理平臺替代PC機實現高速計算是解決該問題的有效方法，但該方法增加了開發難度。此外，軟體架構上的單線程工作模式使得PC機只能串行工作，這大大影響了處理的實時性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術存在的以上問題，提供一種雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法，分別在硬體系統中和軟體架構上進行了改進，大大降低了提取靶標特徵點的難度和實現了圖像數據採集與處理、空間重建的並行運行。
[0005]為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現:
[0006]雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法，包括橫梁和三腳架，所述橫梁固定在所述三腳架上，所述橫梁兩端分別固定著第一攝像機和第二攝像機，所述第一攝像機的鏡頭安裝有第一紅外濾光片，所述第二攝像機的鏡頭安裝有第二紅外濾光片，所述第一攝像機通過第一攝像連接線連接第一採集卡，所述第二攝像機通過第二攝像連接線連接第二採集卡，所述第一採集卡和所述第二採集卡插在計算機內，所述計算機和顯示器連接，所述第一攝像機和所述第二攝像機通過第一通用輸入輸出線和第二通用輸入輸出線連接外觸發端。
[0007]進一步的，所述三腳架為不固定結構，調節所述橫梁的角度和高度。
[0008]進一步的，所述第一採集卡和第二採集卡所採集的數據分別由兩獨立線程進行處理，輸出靶標的特徵點坐標對，所述靶標的特徵點坐標對由一獨立線程進行重建，輸出靶標的空間坐標。
[0009]本發明的有益效果是:
[0010]本發明通過改進硬體系統，使系統具備較強的兼容性，只要設備提供觸發信號即可實現對設備動件的跟蹤定位；本發明通過改進軟體架構，能夠實現圖像數據採集與處理、空間重建的並行運行，滿足實時性要求。此外，本發明具有多種工作模式，可實現對處於不同運動狀態物體的跟蹤定位，具備較強的通用性。【專利附圖】
【附圖說明】
[0011 ] 圖1整體結構不意圖；
[0012]圖2為本發明的工作原理圖；
[0013]圖3為本發明的軟體架構圖；
[0014]圖4為採集與處理線程工作原理圖；
[0015]圖5為重建線程工作原理圖；
[0016]圖6為間接外觸髮結構示意圖。
[0017]圖中標號說明:1、第一攝像機，2、第二攝像機，3、第一紅外濾光片，4、第二紅外濾光片，5、橫梁，6、三腳架，7、第一攝像連接線，8、第二攝像連接線，9、第一通用輸入輸出線，
10、第二通用輸入輸出線，11、第一採集卡，12、第二採集卡，13、計算機，14、顯示器，15、外觸發端，16、第一觸發電纜，17、第二觸發電纜。
【具體實施方式】
[0018]下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。
[0019]參照圖1所示，雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法，包括橫梁5和三腳架6，所述橫梁5固定在所述三腳架6上，所述橫梁5兩端分別固定著第一攝像機I和第二攝像機2，所述第一攝像機I的鏡頭安裝有第一紅外濾光片3，所述第二攝像機2的鏡頭安裝有第二紅外濾光片4，所述第一攝像機I通過第一攝像連接線7連接第一採集卡11，所述第二攝像機2通過第二攝像連接線8連接第二採集卡12，所述第一採集卡11和所述第二採集卡12插在計算機13內，所述計算機13和顯示器14連接，所述第一攝像機I和所述第二攝像機2通過第一通用輸入輸出線9和第二通用輸入輸出線10連接外觸發端15。
[0020]進一步的，所述三腳架6為不固定結構，調節所述橫梁5的角度和高度。
[0021]進一步的，所述第一採集卡和第二採集卡所採集的數據分別由兩獨立線程進行處理，輸出靶標的特徵點坐標對，所述靶標的特徵點坐標對由一獨立線程進行重建，輸出靶標的空間坐標。
[0022]本發明的工作原理如下:
[0023]如圖2所示，兩臺相機由觸發源產生的觸發信號觸發，產生的圖像數據經攝像連接線傳輸至採集卡。兩個採集與處理線程分別讀取相應採集卡中的數據，經數據處理後獲得靶標的特徵點坐標。重建線程讀取採集與處理線程所獲得的特徵點坐標對，經重建後輸出世界坐標。
[0024]如附圖3所示，在軟體架構中，共存在四個線程，包括一個主線程和三個次線程。繼承於QObject類的第一、第二採集與處理類由moveToThread函數分別裝載到繼承於QThread類的第一、第二次線程類，使得採集與處理類能夠運行在獨立線程中。同樣，繼承於QObject類的空間重建類運行在繼承於QThread類的第三次線程中。第一、第二次線程分別通過信號槽機制與第三次線程進行通信。主線程提供可視化操作，通過信號槽機制與三個次線程進行通信。
[0025]如圖4所示，採集與處理線程啟動後即處於等待接收圖像數據狀態。當接收到圖像數據，該線程立刻進行特徵點提取，並將獲得的特徵點坐標添加到相應的QList中；然後，該線程發射添加完成信號，該信號可自定義為CaptOver信號。如果沒有接收到退出線程命令，該線程再次進入等待狀態。從接收到數據至發射CaptOver信號為一個運行周期，該周期決定了系統的上限觸發頻率。
[0026]如圖5所示，重建線程啟動後即處於等待接收信號狀態。當接收到CaptOver信號線程時，該線程啟動相應的槽函數去讀取兩個QList中的元素。如果第一 QList非空，則讀取並刪除首元素；否則，去判斷第二 QList。如果第二 QList非空，則讀取並刪除首元素；否貝U，回到等待狀態。這種由CaptOver信號啟動的讀QList方法避免了因循環判斷而導致的內存浪費。當成功從兩QList中讀取靶標坐標對後，該線程的重建函數利用坐標對獲得空間坐標(Xw，yw，zw)。如果沒有退出線程命令，線程再次轉入等待狀態。
[0027]進一步的，根據觸發源和觸發方式的不同，本發明可以在以下四種模式中工作。
[0028](I)外觸發同步跟蹤模式
[0029]首先，使用串口軟體(如超級終端)設置相機處於外觸發狀態。然後，將外觸發埠與待跟蹤定位物體的控制系統相連。點擊軟體界面上的外觸發同步跟蹤按鍵，使系統處於等待狀態。控制系統控制物體運動的同時，產生觸發信號，保證跟蹤定位與運動同步。該模式主要用於跟蹤定位處於受控狀態的物體。
[0030](2)外觸發連續跟蹤模式
[0031]首先，使用串口軟體(如超級終端)設置相機處於外觸發狀態。然後，將外觸發端與能夠產生觸發信號的設備(如信號發生器)相連。點擊軟體界面上的外觸發連續跟蹤按鍵，使系統處於等待狀態。當待跟蹤定位物體即將開始運動時，使觸發設備以固定頻率產生觸發信號，實現等間隔跟蹤定位。該模式主要用於跟蹤定位處於非受控狀態的物體。
[0032](3)外觸發單步跟蹤模式
[0033]首先，使用串口軟體(如超級終端)設置相機處於外觸發狀態。然後，將外觸發端與能夠產生觸發信號的設備(如信號發生器)相連。點擊軟體界面上的外觸發單步跟蹤按鍵，使系統處於等待狀態。當待跟蹤定位物體產生一次運動時，手動使觸發源產生一觸發脈衝，進行當前狀態的跟蹤定位。該模式主要用於跟蹤定位處於較低運動速度的物體。
[0034](4)內觸發連續跟蹤模式
[0035]首先，使用串口軟體(如超級終端)設置相機處於內觸發狀態。當待跟蹤定位物體即將運動時，手動點擊軟體界面上的內觸發連續跟蹤按鍵，軟體設置採集卡產生固定頻率的觸發信號，經CameraLink線觸發相機，實現對運動物體的等間隔跟蹤定位。該模式主要用於跟蹤定位處於非受控狀態的物體。
[0036](5)內觸發單步跟蹤模式
[0037]首先，使用串口軟體(如超級終端)設置相機處於內觸發狀態。當待跟蹤定位物體產生一次運動時，手動點擊軟體界面上的內觸發單步跟蹤按鍵，軟體控制採集卡產生一觸發脈衝，經CameraLink線觸發相機，實現對當前狀態的跟蹤定位。該模式主要用於跟蹤定位處於較低運動速度的物體。
[0038]進一步的，本發明在使用時，還可以經採集卡間接外觸發相機，如圖6所示。第一觸發電纜16跟第一採集卡11相連，第二觸發電纜17跟第二採集卡12相連。兩觸發電纜另一端共同連接於觸發端15。使用時，觸發信號經兩觸發電纜觸發兩採集卡，兩採集卡再產生觸發信號，經兩攝像連接線觸發兩相機。該方式同樣可以實現上述有關外觸發的跟蹤模式。[0039]進一步的，本發明在使用時，紅外靶標固定在要跟蹤定位的運動物體上，提供標示功能。所述紅外祀標由不透光的材料做成一個帶窗口的內腔。
【權利要求】
1.雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法，其特徵在於:包括橫梁(5)和三腳架(6)，所述橫梁(5)固定在所述三腳架(6)上，所述橫梁(5)兩端分別固定著第一攝像機(I)和第二攝像機(2)，所述第一攝像機(I)的鏡頭安裝有第一紅外濾光片(3)，所述第二攝像機(2)的鏡頭安裝有第二紅外濾光片(4)，所述第一攝像機(I)通過第一攝像連接線(7)連接第一採集卡(11)，所述第二攝像機(2)通過第二攝像連接線(8)連接第二採集卡(12)，所述第一採集卡(11)和所述第二採集卡(12)插在計算機(13)內，所述計算機(13)和顯示器(14)連接，所述第一攝像機(I)和所述第二攝像機(2)通過第一通用輸入輸出線(9)和第二通用輸入輸出線(10)連接外觸發端(15)。
2.根據權利要求1所述的雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法，其特徵在於:所述三腳架(6)為可伸縮結構，調節所述橫梁(5)的角度和高度。
3.根據權利要求1所述的雙目立體視覺多線程跟蹤定位方法，其特徵在於:所述第一採集卡(11)和第二採集卡(12)所採集的數據分別由兩獨立線程進行處理，輸出靶標的特徵點坐標對，所述靶標的特徵點坐 標對由一獨立線程進行重建，輸出靶標的空間坐標。
【文檔編號】G01B11/00GK103791832SQ201210433505
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月5日 優先權日:2012年11月5日
【發明者】劉仰川, 高欣, 劉兆邦 申請人:蘇州生物醫學工程技術研究所