单目相机图像目标点三维定位方法、瞳孔定位方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种单目相机图像目标点三维定位方法、瞳孔定位方法及装置，该方法中基于构建的三维模型，得到的三维坐标能够更加准确直观地表示瞳孔与单目相机之间的相对位置，更加准确快速地对瞳孔定位，以及使用划分区域内的一段弧形累加像素均值表征像素梯度的变化，能够更准确的识别出虹膜或瞳孔的边缘，效果更加准确，即使虹膜被眼角、眼皮遮挡，也不会影响识别效果，稳定性高。以及，结合单目相机精确的移动已知距离，能够准确的将图像特征反映到实际的三维坐标中，不需要额外的测量其他参数，操作便捷、误差小、精度高，所获取的图像只要包含一只眼睛即可满足条件，对图像拍摄的要求低，适用范围广。适用范围广。适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
单目相机图像目标点三维定位方法、瞳孔定位方法及装置


[0001]本申请涉及目标检测
，特别涉及一种单目相机图像目标点三维定位方法、瞳孔定位方法及装置。

技术介绍

[0002]在许多计算机视觉应用领域(如，视光测量领域)中，一般需要定位目标点的三维位置，使得仪器基于目标点的三维位置对准目标点的区域进行相应操作。
[0003]目前，目标点的三维位置自动定位方法主要依赖于加入额外的光路，来定位目标点在空间上的距离，或者加入距离传感器来检测目标点距离仪器的前后距离等。但是，这种方式增加了硬件，提高了定位的成本。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种单目相机图像目标点三维定位方法、瞳孔定位方法及装置，以达到定位目标点的三维位置的目的，技术方案如下：
[0005]本申请一方面提供一种单目相机图像目标点三维定位方法，包括：
[0006]获取单目相机采集的第一目标图像，确定第一参考点和第二参考点在所述第一目标图像中的坐标；
[0007]获取所述单目相机在移动第一距离之后采集的第二目标图像，确定所述第一参考点和所述第二参考点在所述第二目标图像中的坐标；其中，所述第一参考点与第二参考点的相对位置在单目相机移动前后保持不变；
[0008]基于所述单目相机的相机参数、所述第一距离、所述第一参考点和所述第二参考点分别在所述第一目标图像和所述第二目标图像中的坐标，获得两个参考点在图像中的坐标与参考点实际的三维坐标之间的映射关系，并依据所述映射关系得到目标点定位的三维坐标；所述目标点为第一参考点或者第二参考点，或者与第一参考点和第二参考点具有已知的位置关系的点。
[0009]可选的，所述基于所述单目相机的相机参数、所述第一距离、所述第一参考点和所述第二参考点分别在所述第一目标图像和所述第二目标图像中的坐标，获得两个参考点在图像中的坐标与参考点实际的三维坐标之间的映射关系，并依据映射关系得到目标点定位的三维坐标，包括：
[0010]基于所述单目相机的相机参数、第一参考点和第二参考点在图像中的坐标、未知的第一参考点与第二参考点之间的实际距离、未知的第一参考点和第二参考点实际的三维坐标，建立三维模型；
[0011]利用所述第一距离、第一参考点和第二参考点分别在第一目标图像和第二目标图像中的坐标，代入并求解三维模型，得到第一参考点或第二参考点实际的三维坐标作为目标点定位的三维坐标，或者还依据第一参考点和第二参考点实际的三维坐标、目标点与第一参考点、第二参考点确定的位置关系得到目标点定位的三维坐标。
[0012]可选的，当所述第一参考点与第二参考点所在直线与所述单目相机成像平面平行时，所述建立的三维模型为：
[0013][0014]其中，所述三维模型的各坐标轴与单目相机标定后的世界坐标系一致，(X,Y,Z)是所述第一参考点或第二参考点在三维坐标系中的三维坐标，(u1,v1)是单目相机采集的图像中第一参考点的像素坐标，(u2,v2)是单目相机采集的图像中第二参考点的像素坐标，m
11
、m
13
、m
22
、m
23
、m
33
为基于所述单目相机的相机参数确定的系数值，C表示所述第一参考点与第二参考点之间的实际距离，θ为第一参考点与第二参考点所在直线与所述三维模型的X轴的夹角。
[0015]可选的，当所述目标点为瞳孔中心，第一参考点和第二参考点分别为穿过瞳孔中心的预设直线与虹膜边缘相交的两个交点时，所述确定第一参考点和第二参考点在所述第一目标图像或第二目标图像中的坐标，包括：
[0016]基于所述第一目标图像或所述第二目标图像，确定所述第一目标图像和第二目标图像中瞳孔中心在像素坐标系下的坐标；
[0017]基于所述瞳孔中心在所述像素坐标系下的坐标，确定在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离；
[0018]基于所述瞳孔中心在像素坐标系下的坐标、在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离以及预设直线的方向，确定第一参考点和第二参考点在所述第一目标图像或所述第二目标图像中的坐标。
[0019]可选的，所述基于所述瞳孔中心在所述像素坐标系下的坐标，确定在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离，包括：
[0020]以所述瞳孔中心为搜索中心，设定搜索半径范围，并将搜索区域按圆心角角度划分为N个子区域；
[0021]以当前搜索半径在所述子区域中搜索，确定所述当前搜索半径下多个圆心角角度对应的坐标，并确定每个坐标对应的像素点的像素值；
[0022]确定所述当前搜索半径下多个圆心角角度的像素值的均值，作为所述当前搜索半径对应的像素均值；
[0023]确定所述当前搜索半径对应的像素均值与所述当前搜索半径相邻的前一个搜索半径对应的像素均值的差值的绝对值；
[0024]将当前搜索半径更新为所述当前搜索半径和设定搜索步长之和，重复执行所述以当前搜索半径在所述子区域中搜索的步骤，直到更新后的当前搜索半径超过所述设定搜索半径范围；
[0025]确定所述子区域对应的所述绝对值中最大绝对值对应的相邻两个搜索半径中的最小搜索半径；
[0026]基于各所述子区域对应的所述最小搜索半径，确定在所述像素坐标系下所述瞳孔
中心和虹膜边缘之间的距离。
[0027]可选的，所述基于各所述子区域对应的所述最小搜索半径，确定在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离，包括：
[0028]确定每个所述子区域对应的所述最小搜索半径的众数；
[0029]或，确定每个所述子区域对应的所述最小搜索半径的平均数；
[0030]或，从每个所述子区域对应的所述最小搜索半径中选取出相差数值不超过阈值的一组候选最小搜索半径，确定所述一组候选最小搜索半径的平均值；
[0031]将所述众数、所述平均数或所述一组候选最小搜索半径的平均值，确定为在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离。
[0032]本申请另一方面提供一种瞳孔定位方法，包括：
[0033]获取单目相机采集的眼部图像；
[0034]确定在像素坐标系下第一参考点和第二参考点的坐标，所述第一参考点和所述第二参考点为穿过所述瞳孔中心的预设直线与虹膜边缘相交的两个交点，所述瞳孔中心为目标点；
[0035]依据预先建立的单目相机采集的图像中的目标点在所述图像中的坐标与目标点实际的三维坐标之间的映射关系，对目标点进行三维定位；
[0036]所述映射关系基于如权利要求1
‑
6中任意一项所述的单目相机图像目标点三维定位方法得到。
[0037]可选的，所述方法还包括：
[0038]确定所述瞳孔中心所属瞳孔在所述像素坐标系下的半径；
[0039]基于所述映射关系，确定在所述三维坐标系下所述第一参考点和所述第二参考点之间的距离；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单目相机图像目标点三维定位方法，其特征在于，包括：获取单目相机采集的第一目标图像，确定第一参考点和第二参考点在所述第一目标图像中的坐标；获取所述单目相机在移动第一距离之后采集的第二目标图像，确定所述第一参考点和所述第二参考点在所述第二目标图像中的坐标；其中，所述第一参考点与第二参考点的相对位置在单目相机移动前后保持不变；基于所述单目相机的相机参数、所述第一距离、所述第一参考点和所述第二参考点分别在所述第一目标图像和所述第二目标图像中的坐标，获得两个参考点在图像中的坐标与参考点实际的三维坐标之间的映射关系，并依据所述映射关系得到目标点定位的三维坐标；所述目标点为第一参考点或者第二参考点，或者与第一参考点和第二参考点具有已知的位置关系的点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述单目相机的相机参数、所述第一距离、所述第一参考点和所述第二参考点分别在所述第一目标图像和所述第二目标图像中的坐标，获得两个参考点在图像中的坐标与参考点实际的三维坐标之间的映射关系，并依据映射关系得到目标点定位的三维坐标，包括：基于所述单目相机的相机参数、第一参考点和第二参考点在图像中的坐标、未知的第一参考点与第二参考点之间的实际距离、未知的第一参考点和第二参考点实际的三维坐标，建立三维模型；利用所述第一距离、第一参考点和第二参考点分别在第一目标图像和第二目标图像中的坐标，代入并求解三维模型，得到第一参考点或第二参考点实际的三维坐标作为目标点定位的三维坐标，或者还依据第一参考点和第二参考点实际的三维坐标、目标点与第一参考点、第二参考点确定的位置关系得到目标点定位的三维坐标。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述第一参考点与第二参考点所在直线与所述单目相机成像平面平行时，所述建立的三维模型为：其中，所述三维模型的各坐标轴与单目相机标定后的世界坐标系一致，(X,Y,Z)是所述第一参考点或第二参考点在三维坐标系中的三维坐标，(u1,v1)是单目相机采集的图像中第一参考点的像素坐标，(u2,v2)是单目相机采集的图像中第二参考点的像素坐标，m
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、m
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、m
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、m
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为基于所述单目相机的相机参数确定的系数值，C表示所述第一参考点与第二参考点之间的实际距离，θ为第一参考点与第二参考点所在直线与所述三维模型的X轴的夹角。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述目标点为瞳孔中心，第一参考点和第二参考点分别为穿过瞳孔中心的预设直线与虹膜边缘相交的两个交点时，所述确定第一参考点和第二参考点在所述第一目标图像或第二目标图像中的坐标，包括：基于所述第一目标图像或所述第二目标图像，确定所述第一目标图像和第二目标图像
中瞳孔中心在像素坐标系下的坐标；基于所述瞳孔中心在所述像素坐标系下的坐标，确定在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离；基于所述瞳孔中心在像素坐标系下的坐标、在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离以及预设直线的方向，确定第一参考点和第二参考点在所述第一目标图像或所述第二目标图像中的坐标。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述瞳孔中心在所述像素坐标系下的坐标，确定在所述像素坐标系下所述瞳孔中心和虹膜边缘之间的距离，包括：以所述瞳孔中心为搜索中心，设定搜索半径范围，并将搜索区域按圆心角角度划分为N个子区域；以当前搜索半径在所述子区域中搜索，确定所述当前搜索半径下多个圆心角角度对应的坐标，并确定每个坐标对应的像素点的像素值；确定所述当前搜索...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯文，
申请(专利权)人：南京博视医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：