[發明專利]雙目立體測量系統多視角測量中的自定位方法

有效

• 申請號: 201110307750.X
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN102506757A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 張麗艷;石春琴;葉南;孫楠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/245
• 分類號: G01B11/245
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明屬于三維測量領域，特別涉及一種雙目立體測量系統在多視角測量時的自定位方法。?

背景技術

三維輪廓數據的測量在航空航天、車輛船舶、機械制造、生物醫學、紡織服裝、工業設計等領域有著廣泛的應用需求?；跈C械、光學、聲學、電磁學原理的各種測量方法均取得了巨大進展，尤其是以激光掃描法、干涉法和結構光方法為代表的光學非接觸測量方法在許多領域中實現了商業應用。然而，各種三維測量方法一次測量都只能獲得有限區域的表面數據，大型物體或者全方位輪廓的測量要通過改變視角進行多次測量，這樣就需要確定各個視角下三維測量系統(立體傳感器)的相對位置和姿態(簡稱位姿)，從而將每次測量的數據拼合到一個統一的坐標系下。?

目前解決這一問題主要有以下方法：一是在被測物體表面黏貼球形或者圓形的人工標記點，通過兩次測量間至少三個以上的共同標記點，實現兩個測量數據集之間的坐標變換。這種方法增加了測量前的準備工作，而且黏貼標記點的地方模型本身的測量數據會缺失，對于小型的和細節豐富的物體這個問題尤其突出。第二種方法是通過機械機構控制不同次測量中立體傳感器與被測物體之間的相對運動，由運動參數直接計算測量點集間的坐標變換關系，目前常用的機械機構有旋轉臺，五軸聯動裝置等，這些裝置的增加使得測量系統的靈活性和對被測物體尺寸大小的適應性明顯降低。專利“基于姿態傳感器的多視角測量數據自拼合方法(ZL200910029324)”將微小型姿態傳感器固定在點云測量設備上，以確定不同測量視角下的相對旋轉變換，再利用軟件算法確定平移變換。這一方法中的輔助裝置十分小巧，便于實現，但只適用于物體不動立體傳感器改變方位的多視角測量情況。另一類方法是完全通過后續處理算法對不同視角下輸出的三維測量數據進行分析和特征點匹配，進而實現數據拼合。這種從三維測量數據中提取特征進行拼合的方法對于雙目立體測量系統的兩個測量視角而言，要求至少有三個點以上的點在全部4幅圖像中同時被定位識別，數據的可拼合條件相對較高，且受不同被測物體的表面幾何形狀影響嚴重。?

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種新的雙目立體多視角測量中的設備自定位方法，從而提高立體傳感器自身定位及數據拼合的精度與可靠性，并降低多視角測量數據的可拼合條件。?

一種雙目立體測量系統多視角測量中的自定位方法，其特征在于包括以下過程：?

步驟1：兩測量視角之間圖像特征匹配集的建立?

雙目立體測量系統在兩個不同視角進行測量時，左右相機共拍攝4幅圖像，通過對兩兩圖像進行特征點提取和匹配，獲取相應的同名對應點集合，其中同名對應點表示同一空間點在不同圖像上的投影點；?

對于多視角測量中的兩個視角，不失一般性稱為視角1和視角2，記在視角1測量時左、右相機拍攝的圖像分別為?和?在視角2測量時左、右相機拍攝的圖像為?和?這里上標代表視角，下標l、r代表左、右相機；?

建立?與?之間的同名對應點集合?與?之間的同名對應點集合為?和?之間的同名對應點集合?和?之間的同名對應點集合?和?之間的同名對應點集合?以及?和?之間的同名對應點集合?

步驟2：兩測量視角之間幾何變換的初始估計?

雙目立體測量系統進行兩視角測量時，雙目立體結構中兩個相機的內部參數和相對位姿已經過標定，而雙目立體結構在兩個不同測量視角之間的位姿是未知的，需要計算能表征相應位姿關系的幾何變換矩陣；?

集合?中的一個元素即一個同名匹配點對記為?集合?中的元素記為?已標定的左、右攝像機的內部參數矩陣分別記為A_l、A_r，則在圖像畸變已經做過校正的條件下，根據現有的針孔成像模型，可得圖像特征點在各自攝像機坐標系下的三維坐標：?

這里?代表特征點?在左攝像機坐標系取得三維坐標，?代表特征點?在左攝像機坐標系取得三維坐標，?代表特征點?在右攝像機坐標系取得三維坐標，?代表特征點?在右攝像機坐標系取得三維坐標，?分別表示圖像點?的齊次坐標，κ_l和κ_r為非零尺度因子；為方便闡述?也表述為?也表述為?根據多視圖幾何理論，?左相機在兩個視角處拍攝的同名匹配點?滿足：?