[發明專利]雙目視覺測量系統中攝像機的布局優化方法

有效

• 申請號: 201310508264.3
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103630072A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 賈振元;劉巍;李明星;楊景豪;劉陽;張馳
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06N3/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于計算機視覺檢測以及圖像檢測領域，特別涉及用于獲取大型鍛件尺寸參數的雙目視覺測量系統中攝像機的布局優化方法。

背景技術

雙目視覺測量作為一種實時性強、測量精度高的非接觸測量方法，被廣泛應用于工業檢測、目標識別等諸多領域，尤其在實時測量大型鍛件鍛壓過程中熱態幾何尺寸方面具有無法比擬的優勢。許多學者圍繞如何獲取高精度的測量結果開展了大量的研究，然而這些研究工作主要集中于提高攝像系統的標定精度和特征點的匹配精度，往往忽略了測量系統的結構參數對測量精度的影響，而結構參數不僅確定了有效視場的大小，而且決定著有效視場內不同位置的測量精度。利用雙目視覺測量系統進行測量時，待測目標必須在有效視場內。因此，分析結構參數對測量誤差的影響時，不考慮有效視場約束下進行的研究均具有片面性。在實際測量過程中，一旦系統標定后，系統就必須保持相對固定，系統的結構參數都不能發生變化，所以開始標定之前，有必要對系統結構參數進行優化。通過合理布置攝像機的安裝方位來提高雙目視覺測量系統的測量精度。

現有攝像機布局優化方法大多通過逐一考察單個結構參數對測量精度的影響而得出一般的結論，未能將各結構參數綜合考慮來獲取最優的結構參數組合，或者利用一階優化方法等進行攝像機優化布局，但容易陷入局部極小點。事實上，目前大部分優化方法均屬于局部尋優范疇，其優化效果很大程度上依賴于初值的選取，而遺傳算法是一種啟發式隨機搜索算法，具有高效的全局尋優能力。此外，很少有學者關注由采樣產生的像點提取偏差對最終測量誤差的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，針對在鍛造現場缺少有效的攝像機布局優化方法，且未將系統的各個結構參數綜合考慮等問題，發明一種基于遺傳算法的雙目視覺測量系統中攝像機的布局優化方法。在雙目視覺測量系統中，考慮圖像采樣引起的像點提取偏差，本發明建立了由像點提取偏差導致的測量誤差與攝像機焦距、基線距離和攝像機偏擺角三個結構參數之間的數學關系模型。兩臺攝像機透視中心之間的距離，即為基線距離；兩臺攝像機光軸與Z軸的夾角，即為攝像機偏擺角。在考慮有效視場等約束下，將雙目視覺測量系統的布局優化問題轉換為帶約束的單目標最優化問題，并運用遺傳算法進行全局尋優，獲得了一組最優的測量系統結構參數，使由像點提取偏差造成的測量誤差達到最小。

本發明采取的技術方案是一種雙目視覺測量系統中攝像機的布局優化方法，其特征在于，在雙目視覺測量系統中，圖像采樣會引起像點提取偏差，建立由像點提取偏差導致的測量誤差與攝像機焦距f、基線距離D、攝像機偏擺角三個結構參數的數學關系模型，即攝像機布局優化數學模型，并利用遺傳算法獲取最優的結構參數組合。具體步驟如下：

步驟1：在雙目視覺測量系統中，建立兩臺攝像機布局優化數學模型。

如圖2所示，左側攝像機CCD1和右側攝像機CCD2以光軸匯聚形式布置，世界坐標系OXYZ的原點O與左側攝像機的攝像機坐標系O_lX_lY_lZ_l的原點O_l重合。設某一物點P在世界坐標系OXYZ中的坐標為(X_w,Y_w,Z_w)，在左側攝像機的攝像機坐標系O_lX_lY_lZ_l和右側攝像機的攝像機坐標系O_rX_rY_rZ_r下的坐標分別為(X_l,Y_l,Z_l)、(X_r,Y_r,Z_r)，在左、右側攝像機CCD1、CCD2像面上像點的圖像物理坐標分別為(x_l,y_l)和(x_r,y_r)。

物點P在左、右側攝像機的攝像機坐標系O_lX_lY_lZ_l、O_rX_rY_rZ_r下的坐標與像點的圖像物理坐標存在以下關系：