基于表面方向的障碍物检测方法A.pdf

1000-9825/2002/13(04)0804-08 ©2002 Journal of Software 软 件 学 报 Vol.13, No.4 基于表面方向的障碍物检测方法 马赓宇, 林学訚 (清华大学 计算机科学与技术系,北京 100084) E-mail: 7im@263.net; lxy-dcs@ 摘要: 针对障碍物检测问题中特殊的要求和特点, 受原有的利用特征点匹配计算视差方法的启发,提出了一种 全新的快速匹配检测障碍物的方法——表面方向法,可以描述平面的方向.与计算深度确定障碍物的方法不同, 该算法根据物体表面基本与地面垂直这一特性来检测障碍物. 关 键 词: 计算机视觉;障碍物检测;表面方向;视差;标定 中图法分类号: TP391 文献标识码: A 高速处理器和多媒体技术的发展使实时的障碍物检测系统成为可能.但是, 目前的检测方法还处在理论阶 段,一些典型的方法在运用到实际中时都会出现这样那样的问题. 目前常见的几种典型的障碍物检测方法有: [8] (1) 基于光流分析的方法 ; [9] (2) 重投影的方法 ; [4~6] (3) 立体匹配 . 用立体视觉实现障碍物检测所面临的一个最大的挑战是计算复杂度问题,在每一时刻都必须计算两帧或 多帧图像.为了简化对应问题,还必须对图像进行一定的几何校正和光学校正.然而在实际系统中, 由于外界因 素的干扰(主要是汽车颠簸),摄像机参数不可能保持不变.因此就需要对颠簸不敏感、比较鲁棒的描述方法.本文 提出的基于表面方向的描述受颠簸的影响就比较小. 本文第 1 节介绍双目立体视觉的基本原理.第 2 节从直观的角度介绍检测表面方向的方法.第 3 节给出这 种方法的理论解释和分析.第4 节是算法的具体实现和实现中的一些算法改进.最后是实验结果. 1 双目立体视觉的基本原理 深度和视差的关系: 在假设两个相机的成像平面重合的情况下,可以用如图 1 所 示的各变量间的关系.其中c 为视差,可以由d,l,f 表示(d,l,f 分别是 d 物体深度、相机间距离和焦距). c c f l −c d −f ,则c l f . l d d Left camera l Right camera 这就是双目立体视觉的基本公式.可以看出c 和d 成反比.对上 Fig.1 Stretch of binocular vision 式求导可得: dc −l ⋅f , 即对于在一个平面上的一个点集,随着深 图1 双目立体视觉示意图 dd d 2 度的增加,视差的变化和深度是成平方反比的. 收稿日期: 2000-07-05; 修改日期: 2000-10-16 作者简介: 马赓宇(1977 －), 男,广东中山人,博士生,主要研究领域为模式识别, 图像处理;林学訚(1940 －), 男,浙江瑞安人,教 授,博士生导师,主要研究领域为模式识别,手势识别. 马赓宇 等:基于表面方向的障碍物检测方法 805 2 检测表面方向算法介绍 在日常生活中,可以看到这样的现象,一面正对摄像机的墙,无论从什么角度看,墙上的纹理都不会变形,而 在地面上的纹理,会因观察者位置的不同而变化.更形象一点就是,一块方布挂在墙上,从左到右各个位置看,都 是方的.这里要分两种情况考虑.如果不改变观察方向的话,正方形依然还是正方