当前位置:首页 > 嵌入式 > 嵌入式分享

在计算机视觉领域,双目测距技术通过模拟人类双眼的视觉机制,实现了对三维空间中物体距离的精准测量。其核心原理基于三角形几何关系,通过计算左右摄像头成像的视差来推导物体深度。本文将详细阐述这一过程的底层逻辑,包括三角形模型的构建、视差的产生机制、视差图的遍历计算以及深度信息的推导原理。

双目测距的三角形模型构建

人类双眼之所以能感知物体远近,是因为左右眼观察同一物体时存在视角差异,这种差异被称为视差。双目测距系统正是利用这一原理,通过两个平行放置的摄像头(基线)模拟双眼,形成一个以基线为底边、以物体为顶点的三角形结构。

设两个摄像头的光心分别为 O₁和 O₂,间距为基线长度 B(通常在系统标定阶段精确测量)。当观察空间中某点 P 时,P 在左摄像头成像平面上的投影为 P₁,在右摄像头成像平面上的投影为 P₂。此时,O₁、O₂和 P 构成一个等腰三角形,其中 OO₂为基线 BP 到基线所在平面的垂直距离即为目标深度 Z。同时,P₁和 P₂在成像平面上与各自主点(光学中心在成像平面的投影)存在水平偏移,这两个偏移量的差值便是视差的核心来源。

摄像头的焦距 f(单位为像素)是连接二维成像与三维空间的关键参数。根据针孔成像模型,物体在成像平面上的投影尺寸与物距成反比,即 Z = f × 物高 / 像高。在双目系统中,这一关系被扩展到左右视差的计算中,形成深度与视差的反比例关系。

视差的产生与数学表达

视差(Disparity)的本质是同一物体在左右两幅图像中成像位置的水平偏差。在理想的平行双目系统中(左右摄像头光轴完全平行),视差仅体现为水平方向的位移,垂直方向的偏差可忽略不计(通过系统标定消除)。

设左摄像头成像平面上 P₁的横坐标为 Xₗ,右摄像头成像平面上 P₂的横坐标为 Xᵣ(以各自主点为原点),则视差 d 的定义为:

d = X- Xᵣ

这一公式的物理意义是:物体距离越近,左右像点的水平偏差越大(视差越大);物体距离越远,视差越小。当物体位于无穷远处时,视差趋近于 0

从三角形相似原理出发,可推导出视差与深度的定量关系。在 OOP 构成的三角形中,OP₁和 OP₂均平行于深度方向 Z,因此形成两个相似三角形:△POO₂与△PPP₂。根据相似比关系:

B / Z = d /f

整理后可得深度计算公式:

Z = B × f /d

这一公式揭示了双目测距的核心规律:深度 Z 与基线 B、焦距 f 成正比,与视差 d 成反比。这也是遍历视差图计算深度的理论基础。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

自2014年ST公司推出STM32CubeMX以来,这款图形化配置工具凭借“一键生成初始化代码”“跨IDE兼容”“中间件集成”等特性,迅速成为78%的STM32开发者首选工具。然而,伴随其普及的争议始终未息:STM32C...

关键字: STM32CubeMX ST公司

在工业自动化领域,Modbus协议凭借其开放性和易用性成为设备通信的"通用语言"。然而,当工程师面对Modbus RTU、ASCII和TCP三种变体时,如何根据具体场景做出最优选择?本文将从编码机制、通信效率、错误检测等...

关键字: Modbus协议 TCP

在工业自动化、能源管理等实时性要求严苛的场景中,Modbus通信系统的响应延迟直接关系到设备控制的精度与系统稳定性。从智能电表的功率调节到机器人关节的同步控制,微秒级的响应偏差都可能引发连锁故障。本文从硬件架构、软件设计...

关键字: Modbus 通信系统

在新能源发电、电动汽车、数据中心等直流供电系统中,过压故障是导致设备损坏的主要诱因之一。据统计,电力电子设备故障中约35%与过压事件相关,其中直流侧过压占比达62%。本文以基于TVS二极管与MOSFET的复合型直流过压保...

关键字: 直流过压 保护电路

在工业物联网(IIoT)与边缘计算快速发展的背景下,Modbus协议凭借其轻量化特性成为微控制器(MCU)设备互联的首选方案。然而,在资源受限的MCU(如STM32F0系列、ESP8266等,RAM通常小于32KB,Fl...

关键字: 微控制器 Modbus 工业物联网

在工业控制系统中,Modbus RTU协议的CRC校验如同通信网络的"免疫系统",某石化厂DCS系统曾因CRC计算错误导致0.3%的数据包丢失,引发连锁控制故障。本文将深入解析CRC-16/MODBUS算法原理,对比软件...

关键字: Modbus RTU CRC 算法

在工业自动化领域,Modbus协议凭借其简洁高效的设计,已成为设备间通信的"通用语言"。某智能电网项目通过Modbus RTU协议实现2000台电表的数据采集,通信成功率高达99.97%,这背后正是对消息结构的精准把控。...

关键字: Modbus 工业自动化

在工业物联网设备开发中,Modbus从站功能已成为微控制器(MCU)的标配能力。某智能电表项目通过在STM32上实现Modbus RTU从站,成功将设备接入现有SCADA系统,开发周期缩短40%。本文将系统解析MCU实现...

关键字: 微控制器 Modbus 协议栈优化

在嵌入式系统中,Flash存储器因其非易失性、高密度和低成本特性,成为代码存储和关键数据保存的核心组件。然而,MCU驱动Flash读写时,开发者常因对硬件特性理解不足或操作流程疏忽,陷入性能下降、数据损坏甚至硬件损坏的陷...

关键字: MCU驱动 Flash

在嵌入式开发中,STM32的时钟系统因其灵活性和复杂性成为开发者关注的焦点。然而,看似简单的时钟配置背后,隐藏着诸多易被忽视的陷阱,轻则导致系统不稳定,重则引发硬件损坏。本文从时钟源选择、PLL配置、总线时钟分配等关键环...

关键字: STM32 时钟系统
关闭