[發明專利]一種基于多相機匹配的三維變形測量方法

有效

• 申請號: 201310699938.2
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103743352B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 梁晉;李磊剛;李成堯;郭翔;任茂棟;于淼
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B11/245
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及近景攝影測量技術，尤其涉及一種基于多相機匹配的三維變形測量方法。

背景技術

在現代工業中，許多針對機器設備的構件的運動分析絕大多數都是基于理論模擬來進行的。然而，在實際的生產過程中，構件形與應變情況多變，這些都會直接影響到設備的安全性能和工作能力。因此，通過快速，高精度的在線測量方獲取構件的變形情況，具有重大的意義。

目前三維變形測量的方法有多種，按相機的數量可以分為單目測量、雙目測量、多目測量等。單目測量和雙目測量的優點在于其結構簡單、相機標定也簡單，因此應用比較廣泛。單目測量由于只有一個相機采集圖像，因此類似于點到面的匹配，容易引起歧義。在雙目測量進行相關點匹配時，僅考慮兩幅圖片，也很容易產生歧義，即沿某一極線搜索時有多個像點會被選為對應像點，類似于點到線的匹配。現有單目、雙目三維測量系統僅適合應用于稀疏、散亂的編碼點，對于密集陣列排布的非編碼點測量效果不理想的缺陷，如圖1、2所示。為了提高像點的匹配率，在雙相機立體攝影測量的基礎上，可以考慮增加一臺或多臺相機組成多相機立體攝影測量系統，如圖3所示，從多個不同角度下拍攝被測物體，利用多個約束即可消除或大大降低匹配出錯的可能性，類似于點到點的匹配，這時候出現誤匹配的概率就會非常低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種基于多相機匹配的三維變形測量方法，可消除非編碼標志點的誤匹配，改進測量結果。

為了達到上述目的，本發明是采取如下操作步驟予以實現的：

一種基于多相機匹配的三維變形測量方法，應用于機器構件的變形測量，包括以下步驟：

第一步、在機器構件表面設置陣列的非編碼標志點；

第二步、進行相機標定，確定多相機之間空間坐標的轉換參數；

第三步、設置相機每秒拍攝幀數，利用計算機控制多相機同時對構件進行圖像采集；

第四步、對多相機所采集的每幀圖像進行分析計算，將各個相機所采集的每幀圖像中的相關點進行匹配；

第五步、根據采集圖像以及多相機匹配的結果進行三維重建，得到構件上各個點的三維坐標，通過分析構件上的點在變形過程中的變化情況，得到構件表面關鍵點的變形。

本發明方法具有以下優點：

1.在線數據測量，可離線數據計算；

2.不僅可以測量稀疏、散亂的編碼點，還可以測量密集陣列的非編碼標志點；

3.匹配精度很高，能準確匹配相機拍攝到的非編碼點并重建出來。

4.由于能有效地消除非編碼標志點的誤匹配，計算精度高。

附圖說明

參照下面的說明，結合附圖，可以對本發明有最佳的理解。在附圖中，相同的部分可由相同的標號表示。

圖1單目匹配示意圖；

圖2雙目匹配的示意圖；

圖3多目匹配的示意圖；

圖4本發明的基于多相機匹配的三維變形測量方法流程圖；

圖5構件與相機的位置關系示意圖；

圖6多相機匹配流程圖；

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及示例性實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的示例性實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明的適用范圍。

如圖4所示，本發明提出的基于多相機匹配的三維變形測量方法流程如下。

第一步、機器構件表面設置陣列的非編碼標志點。

應當注意：(1)標志點應遍布構件表面，并且在關鍵點處以及容易識別的位置處較為密集。(2)一般直接粘貼在構件表面，與構件表面直接接觸，防止滑動。(3)標志點粘貼完成后，不得隨意增減標志點。

第二步、進行相機標定，得到相機三維坐標之間的轉換參數。

相機標定的實質就是確定相機之間的空間坐標的轉換參數。標定借助于標定裝置，利用軟件算法計算出掃描頭的所有內外部結構參數，以此正確計算測量點的坐標。多相機與構件的示意圖如圖5所示。在本特定實施例中，相機數目為三個。然而，本領域技術人員應當明了，相機數目也可以為三個以上，本發明對此不作限定。

相機標定的主要思路為：1.利用已知坐標的三維標定板在三相機公共視場內自由移動，拍攝多張高質量的標定相片。2.圖像處理得到相應像點的坐標。3.多組標定相片通過迭代優化，得到相機三維坐標之間的轉換參數。

考慮到標定過程要簡單化，可操作性強，在本實施例中，可以通過平移平面標定板來建立大尺寸三維標定場。具體方法如下：