[發明專利]一種單目機器視覺中平面坐標與空間三維坐標點的轉換方法

有效

• 申請號: 201310227144.6
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103471500A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 謝振平;楊海峰;劉淵;陳麗芳;魯建飛;丁學東;律睿敏
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01C11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明公開了一種利用圖像中已知的二維點及其對應的三維點的坐標來求出其它二維點所對應的三維坐標的一種方法。

背景技術

一種單目機器視覺中平面坐標與空間三維坐標點的轉換方法，該方法根據視點坐標、視線方向以及視頻圖像中某一點的二維坐標求出其對應的三維坐標。目前機器視覺已廣泛應用于工業檢測、安全監控等領域，通常機器視覺捕獲到的視頻圖像為二維圖像，如何根據二維圖像坐標點獲得對應點的三維坐標是非常有價值的一個現實問題。本發明主要解決單目機器視覺在大空間應用場景中的簡單、準確、快速三維坐標定標問題，可應用于視頻火災、煙霧、車輛監控的三維坐標定位場合。

發明內容

本發明的目的是對于已知圖像上的二維點求出其所對應的三維點，以及視點坐標，視線方向然后在空間中實施一系列的后續操作。

按照本發明提供的技術方案，所述二維轉三維的方法如下含步驟：

步驟一：給出視點坐標及視線方向，已知的二維點及其對應的三維點坐標；

步驟二：求出已知點所連成直線上的二維點對應的三維點坐標

步驟三：計算所求點坐標，若所求點坐標在步驟二中已經求出剛返回結果，否則找出距離所求點最近且已知的二維點，利用步驟二求出所求點的三維坐標。

本發明與已有技術相比，過程簡單，容易實現，魯棒性好、求解效率高等優點。因此，本發明解決了二維圖片上特定點的三維坐標的求值問題。

附圖說明

圖1二維轉三維公式推導的示意圖。

其中O代表視點位置，Pa，Pb代表屏幕上的二維點的坐標，Va，Vb代表Pa，Pb所對應的三維點的坐標，Pt代表所求點的二維坐標，Vt代表Pt所對應的三維點的坐標。

圖2程序的設置視點位置的界面；

圖3程序設置角點二，三維坐標的界面；

圖4程序對于一些點的實驗結果；

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。

算法可性行的證明：如圖先過Vb點以箭頭所示方向OV為法向量方向作平面交OVa于Ca點，由于法向量垂直于PaPb，同時它也垂直于CaVb，且PaPbCaVb共面，故PaPb平行于CaVb，求出Ct在CaVb上的三維點坐標，由于Va，Vb，Ca的三維點坐標可知角VaVbCa的大小，由O，Ca，Ct坐標已知可得角OCtCa的大小，從而得到VbCtVt角度的大小，對于三角形VbCtVt，可知三個角與一個邊的大小，故可求出VbVt的長度，且VbVa方程已知，故可求出點Vt的坐標。對于空間內的任一點，若該點已知則直接返回結果，若該點未知，則尋找距離該點最近的已知三維點的二維點，然后再利用前面所述的方法來求解。

算法所需參數：

Pa：圖像上的一個二維點坐標

Pb：圖像上的另一個二維點坐標

Va：Pa所對應的三維點坐標

Vb：Pb所對應的三維點坐標

O：視點的三維點坐標

OV：視線方向

Pt：測試點所對應的二維點坐標

一些預備算法：

①根據兩點的二維坐標求出二維直線方程

②根據兩點的三維坐標來求出三維直線方程

③根據一個點和法線方向來求出平面方程

④根據三點的三維坐標來求出三維平面方程

⑤根據視點O，直線的兩個端點Va，Vb以及法線方向OV為參數，先作過Va點且以OV為法向量的平面，再求出直線VbO與該面的交點

⑥根據兩個二維點或者三維點來求出它們之間的距離

⑦根據兩個二維點Pa，Pb及其對應的三維點Va，Vb來求出所求點Pt的三維點坐標：若所求點的二維點坐標Pt與兩個已知的二維點坐標Pa，Pb相同的話直接返回結果，否則根據兩條直線PaPb與VaVb平行，得用距離比求得所求三維點坐標與一個三維直線端點的距離，即：

distance(Pa，Pt)/distance(Pa，Pb)＝distance(Va，Vt)/distance(Va，Vb)。然后距離直線VaVb的公式及distance(Va，Vt)求出所求點的三維坐標。

算法詳細步驟：

㈠先根據算法③求出作過Va點且以OV為法向量的平面與直線VbO的交點，若該交點在OVb直線內，則去㈢，否則去㈡。

㈡將直線Vb，Va坐標互換返回㈠。

㈢得用算法⑦來求出未知點的三維坐標。

實際使用

本算法用在DSP在實時傳送數據的時候經檢測到待定點，然后在DSP中求得它的實際位置再傳入其它設備以供使用。