检测三维物体？一篇文章认识《双目立体视觉》

新机器视觉 2023-06-01 1018

描述

前言

双目立体视觉，由两个摄像头组成，像人的眼睛能看到三维的物体，获取物体长度、宽度信息，和深度的信息；单目视觉获取二维的物体信息，即长度、宽度。

1）双目摄像头

双目摄像头示意图（ORBBEC Gemini 3D传感摄像头是一款基于双目结构光3D成像技术的近距离高精度的嵌入式模组）：

摄像头

2）双目相机基线

基线越大，测量范围越远；基线越小，测量范围越近。

摄像头

建议：

（1）基线距离是工作距离的08-2.2倍时测量误差比较小；

（2）双目立体视觉的结构对称时，测量系统的误差比较小，精度也比较高。

（3）两台相机的有效焦距∫越大，视场越小，视觉测量系统的测量精度越高（即采用长焦距镜头容易获得较高的测量精度）

3）打开双目摄像头

在OpenCV用使用双目摄像头，包括：打开单目摄像头、设置摄像头参数、拍照、录制视频。

环境编程语言：Python3        主要依赖库：OpenCV3.x 或 OpenCV4.x

双目同步摄像头，两个镜头共用一个设备ID，左右摄像机同一频率。这款摄像头分辨率支持2560*960或以上。

思路流程：

1、由于两个镜头共用一个设备ID，打开摄像头时使用cv2.VideoCapture()函数，只需打开一次。区别有的双目摄像头是左右镜头各用一个设备ID，需要打开两次cv2.VideoCapture(0)，cv2.VideoCapture(1)。

2、双目摄像头的总分辨率是由左右镜头组成的，比如：左右摄像机总分辨率1280x480；分割为左相机640x480、右相机640x480

摄像头

为了方便理解画了张草图；图中的“原点”是图像像素坐标系的原点。

3、分割后，左相机的分辨率：高度 0:480、宽度 0:640

右相机的分辨率：高度 0:480、宽度 640:1280

4、转换为代码后

     # 读取摄像头数据
    ret, frame = camera.read()
    #裁剪坐标为[y0:y1, x0:x1]  HEIGHT * WIDTH
    left_frame = frame[0:480, 0:640]
    right_frame = frame[0:480, 640:1280]


    cv2.imshow("left", left_frame)
    cv2.imshow("right", right_frame)

源代码：

举个栗子：打开分辨率1280x480的双目摄像头

# -*- coding: utf-8 -*-
import cv2
import time




AUTO = False  # 自动拍照，或手动按s键拍照
INTERVAL = 2 # 自动拍照间隔


cv2.namedWindow("left")
cv2.namedWindow("right")
camera = cv2.VideoCapture(0)


# 设置分辨率 左右摄像机同一频率，同一设备ID；左右摄像机总分辨率1280x480；分割为两个640x480、640x480
camera.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH,1280)
camera.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT,480)


counter = 0
utc = time.time()
folder = "./SaveImage/" # 拍照文件目录


def shot(pos, frame):
    global counter
    path = folder + pos + "_" + str(counter) + ".jpg"


    cv2.imwrite(path, frame)
    print("snapshot saved into: " + path)


while True:
    ret, frame = camera.read()
    # 裁剪坐标为[y0:y1, x0:x1] HEIGHT*WIDTH
    left_frame = frame[0:480, 0:640]
    right_frame = frame[0:480, 640:1280]


    cv2.imshow("left", left_frame)
    cv2.imshow("right", right_frame)


    now = time.time()
    if AUTO and now - utc >= INTERVAL:
        shot("left", left_frame)
        shot("right", right_frame)
        counter += 1
        utc = now


    key = cv2.waitKey(1)
    if key == ord("q"):
        break
    elif key == ord("s"):
        shot("left", left_frame)
        shot("right", right_frame)
        counter += 1
camera.release()
cv2.destroyWindow("left")
cv2.destroyWindow("right")

补充理解：

OpenCV有VideoCapture()函数，能用来定义“摄像头”对象，0表示第一个摄像头（一般是电脑内置的摄像头）；如果有两个摄像头，第二个摄像头则对应VideoCapture(1)。

在while循环中使用“摄像头对象”的read()函数一帧一帧地读取摄像头画面数据。

imshow函数是显示摄像头的某帧画面；cv2.waitKey(1)是等待1ms，如果期间检测到了键盘输入q，则退出while循环。

效果：

摄像头