[發(fā)明專利]一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210410753.0
• 申請(qǐng)日: 2012-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN102938149A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈旭昆;郝爽;趙凌;張鳳全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

1.一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法，其特征在于：該方法步驟如下：

步驟（1）、標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)；

步驟（2）、攝像機(jī)捕獲多marker標(biāo)定板的一幀圖像，去除原始頭信息得到圖像的raw數(shù)據(jù)，定義多marker配置文件，使用ARToolkitPlus開源工具計(jì)算攝像機(jī)相對(duì)于多marker坐標(biāo)系的外部參數(shù)A；

步驟（3）、計(jì)算Naturalpoint輸出矩陣Np，首先計(jì)算繞x/y/z三個(gè)坐標(biāo)軸方向的旋轉(zhuǎn)矩陣，然后計(jì)算平移矩陣t，按照特定順序相乘即得矩陣Np；

步驟（4）、確定視口坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣P，該矩陣隨著不同的繪制引擎和攝像機(jī)而不同；

步驟（5）、由于無(wú)法測(cè)量攝像機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，需要借助紅外小球確定紅外小球坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣T，將紅外marker和攝像機(jī)綁定，這樣矩陣T固定，可作為初始值載入系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法，其特征在于：所述步驟（1）中，標(biāo)定攝像機(jī)時(shí)使用兩種不同的方法，第一種方法為opencv的標(biāo)定方法得到結(jié)果R1，第二種方法為matlab的標(biāo)定方法得到結(jié)果R2，當(dāng)二者誤差小于閾值n時(shí)，即|R1-R2|<n時(shí)，將R2作為標(biāo)定結(jié)果，否則舍棄此次標(biāo)定，重新標(biāo)定。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法，其特征在于：所述步驟（2）中計(jì)算攝像機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的外部參數(shù)時(shí)，使用多marker矩陣來(lái)定義待跟蹤平面，同時(shí)定義每一個(gè)marker中心的坐標(biāo)，利用步驟（1）中計(jì)算出的攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，使用ARToolkitPlus開源工具計(jì)算攝像機(jī)的外部參數(shù)，其中，多marker矩陣遵循右手坐標(biāo)系，按照常用圖片格式規(guī)定x和y方向，x方向規(guī)定有3個(gè)矩陣塊，z方向規(guī)定有4個(gè)矩陣塊，每一個(gè)矩陣塊的中心位置參考多marker板的中心。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法，其特征在于：所述步驟（3）中，Natualpoint的原始坐標(biāo)系為左手坐標(biāo)系，需要調(diào)整x/y/z方向的三個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣的相乘次序，使輸出矩陣Np符合右手坐標(biāo)系。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法，其特征在于：所述步驟（4）中，確定的繪制引擎對(duì)應(yīng)確定的視口朝向，確定的攝像機(jī)對(duì)應(yīng)確定的攝像機(jī)朝向，確定二者之間的轉(zhuǎn)換矩陣P時(shí)，視口坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的y軸和z軸相反，x軸相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法，其特征在于：所述步驟（5）中，計(jì)算攝像機(jī)和紅外marker之間的轉(zhuǎn)換矩陣T的計(jì)算公式為：

T＝P*A*Np。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種將視覺注冊(cè)和機(jī)械注冊(cè)相結(jié)合的混合三維注冊(cè)方法，其特征在于：計(jì)算Naturalpoint輸出矩陣的過(guò)程為：

根據(jù)Naturalpoint輸出的位移x/y/z，計(jì)算位移矩陣t=100x010y001z0001;]]>

根據(jù)Naturalpoint輸出的roll，計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣Rx=10000cos(roll)-sin(roll)00sin(roll)cos(roll)00001;]]>

根據(jù)Naturalpoint輸出的pitch，計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣Ry=cos(pitch)-sin(pitch)00sin(pitch)cos(pitch)0000100001;]]>

根據(jù)Naturalpoint輸出的pitch，計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣Rz=cos(yaw)0sin(yaw)00100-sin(yaw)0cos(yaw)00001;]]>

輸出矩陣Np＝t*Rx*Rz*Ry。