[發明專利]一種空間三維視覺計算驗證方法

有效

• 申請號: 201210015971.4
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102589571A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王飛;張雪濤;楊海偉;何永健;郭宇;鄭南寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種空間三維視覺計算驗證方法，其特征在于：包括以下步驟：

一、坐標系的建立及轉換

(1)建立參考坐標系，給定經緯儀a和經緯儀b，調整兩臺經緯儀使其相互瞄準，建立參考坐標系，其中，經緯儀a的中心為參考坐標系的原點，經緯儀a指向經緯儀b的方向為x軸方向，垂直水平面為z軸方向，與x軸和z軸垂直的方向為y軸方向，則空間點的在參考坐標系下的坐標為：

X=sinαbcosαasin(αa+αb)dY=sinαbsinαasin(αa+αb)dZ=sinαbtanβasin(αa+αb)d,]]>

其中，α_a為經緯儀a測得的某空間目標點的水平角，α_b為經緯儀b測得該點的水平角，β_a為經緯儀a測得的某空間目標點的垂直角；

(2)放置第3臺經緯儀c，將經緯儀c水平放置在步驟(1)的參考坐標系內，調節經緯儀a和經緯儀b的水平旋轉角度，分別將經緯儀a和經緯儀c，經緯儀b和經緯儀c進行互瞄，調整經緯儀c的位置使得經緯儀a和經緯儀b同經緯儀c互瞄時的水平旋轉角度相等，則經緯儀c位于經緯儀a，b中心連線的中垂線上；

(3)固定相機，將相機安裝在經緯儀c上，保證相機光軸方向與經緯儀c視軸方向平行，然后通過光學方法，測量相機坐標系和經緯儀c的位姿關系，進而得到相機坐標系和參考坐標系之間的關系；

(4)確定參考坐標系和目標物體坐標系的平移和旋轉關系：通過經緯儀a和經緯儀b的協同作用，確定空間中某目標點在參考坐標系下的坐標，當獲得3個點在參考坐標系下的坐標，且這3個點在目標物體坐標系下的坐標也已知，則確定參考坐標系和物體坐標系的平移和旋轉關系；

(5)求得目標物體三維位姿的參考值：由步驟3可以得到相機坐標系和參考坐標系之間的關系，由步驟4可以得到參考坐標系和物體坐標系之間的關系，繼而得到目標物體坐標系和相機坐標系之間的關系，即目標物體三維位姿的參考值，即旋轉矩陣R₀和平移向量T₀，或者6個位姿參數，即(α₀?β₀?γ₀?t_x0?t_y0?t_z0)，其中，α₀為俯仰角，β₀為翻滾角，γ₀為偏航角，t_x0，t_y0，t_z0是空間物體相對于參考坐標系在各個坐標軸的偏移量；

二、相機采集圖片，利用視覺系統的算法求解相機內參數和目標物體的三維位姿：首先需要利用相機采集多幅標定板的圖片，完成相機的內參數標定；之后，采集單幅目標物體圖像，計算目標物體的三維位姿的參考值：旋轉矩陣R和平移向量T，以及6個位姿參數(α?β?γ?t_x?t_y?t_z)；

三、視覺系統算法驗證，包括兩個方面：

(1)相機內參數計算結果的驗證：設定已知目標物體上某一點P在目標物體坐標系上的坐標為Pw=XYZ,]]>則P點在相機坐標系下的坐標為Pc=XcYcZc=R0XYZ+T0,]]>其中R₀和T₀是空間物體三維位姿的參考值，Z_c是P點在相機坐標系下Z軸方向的距離，即深度信息，P點在圖像上的重投影點Pipro=uv1=1ZcAXcYcZc,]]>將P_ipro與P點在圖像上實際的成像點P_I進行比較，驗證相機內參數計算的正確性；

(2)目標物體三維位姿計算的驗證：將目標物體三維位姿的參考值和由視覺系統計算的目標物體的三維位姿的位姿參數(α₀?β₀?γ₀?t_x0?t_y0?t_z0)和(α?β?γ?t_x?t_y?t_z)進行直接比較，驗證視覺系統的測量結果。