[發(fā)明專利]一種基于多相機(jī)匹配的三維變形測量方法

有效

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• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103743352B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁晉;李磊剛;李成堯;郭翔;任茂棟;于淼
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B11/245
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及近景攝影測量技術(shù)，尤其涉及一種基于多相機(jī)匹配的三維變形測量方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代工業(yè)中，許多針對機(jī)器設(shè)備的構(gòu)件的運(yùn)動分析絕大多數(shù)都是基于理論模擬來進(jìn)行的。然而，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，構(gòu)件形與應(yīng)變情況多變，這些都會直接影響到設(shè)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(gòu)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(jī)的數(shù)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(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡單、相機(jī)標(biāo)定也簡單，因此應(yīng)用比較廣泛。單目測量由于只有一個相機(jī)采集圖像，因此類似于點(diǎn)到面的匹配，容易引起歧義。在雙目測量進(jìn)行相關(guān)點(diǎn)匹配時，僅考慮兩幅圖片，也很容易產(chǎn)生歧義，即沿某一極線搜索時有多個像點(diǎn)會被選為對應(yīng)像點(diǎn)，類似于點(diǎn)到線的匹配。現(xiàn)有單目、雙目三維測量系統(tǒng)僅適合應(yīng)用于稀疏、散亂的編碼點(diǎn)，對于密集陣列排布的非編碼點(diǎn)測量效果不理想的缺陷，如圖1、2所示。為了提高像點(diǎn)的匹配率，在雙相機(jī)立體攝影測量的基礎(chǔ)上，可以考慮增加一臺或多臺相機(jī)組成多相機(jī)立體攝影測量系統(tǒng)，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(diǎn)到點(diǎn)的匹配，這時候出現(xiàn)誤匹配的概率就會非常低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于多相機(jī)匹配的三維變形測量方法，可消除非編碼標(biāo)志點(diǎn)的誤匹配，改進(jìn)測量結(jié)果。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采取如下操作步驟予以實(shí)現(xiàn)的：

一種基于多相機(jī)匹配的三維變形測量方法，應(yīng)用于機(jī)器構(gòu)件的變形測量，包括以下步驟：

第一步、在機(jī)器構(gòu)件表面設(shè)置陣列的非編碼標(biāo)志點(diǎn)；

第二步、進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定多相機(jī)之間空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)；

第三步、設(shè)置相機(jī)每秒拍攝幀數(shù)，利用計(jì)算機(jī)控制多相機(jī)同時對構(gòu)件進(jìn)行圖像采集；

第四步、對多相機(jī)所采集的每幀圖像進(jìn)行分析計(jì)算，將各個相機(jī)所采集的每幀圖像中的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行匹配；

第五步、根據(jù)采集圖像以及多相機(jī)匹配的結(jié)果進(jìn)行三維重建，得到構(gòu)件上各個點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過分析構(gòu)件上的點(diǎn)在變形過程中的變化情況，得到構(gòu)件表面關(guān)鍵點(diǎn)的變形。

本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.在線數(shù)據(jù)測量，可離線數(shù)據(jù)計(jì)算；

2.不僅可以測量稀疏、散亂的編碼點(diǎn)，還可以測量密集陣列的非編碼標(biāo)志點(diǎn)；

3.匹配精度很高，能準(zhǔn)確匹配相機(jī)拍攝到的非編碼點(diǎn)并重建出來。

4.由于能有效地消除非編碼標(biāo)志點(diǎn)的誤匹配，計(jì)算精度高。

附圖說明

參照下面的說明，結(jié)合附圖，可以對本發(fā)明有最佳的理解。在附圖中，相同的部分可由相同的標(biāo)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(fā)明的基于多相機(jī)匹配的三維變形測量方法流程圖；

圖5構(gòu)件與相機(jī)的位置關(guān)系示意圖；

圖6多相機(jī)匹配流程圖；

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及示例性實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的示例性實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的適用范圍。

如圖4所示，本發(fā)明提出的基于多相機(jī)匹配的三維變形測量方法流程如下。

第一步、機(jī)器構(gòu)件表面設(shè)置陣列的非編碼標(biāo)志點(diǎn)。

應(yīng)當(dāng)注意：(1)標(biāo)志點(diǎn)應(yīng)遍布構(gòu)件表面，并且在關(guān)鍵點(diǎn)處以及容易識別的位置處較為密集。(2)一般直接粘貼在構(gòu)件表面，與構(gòu)件表面直接接觸，防止滑動。(3)標(biāo)志點(diǎn)粘貼完成后，不得隨意增減標(biāo)志點(diǎn)。

第二步、進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，得到相機(jī)三維坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

相機(jī)標(biāo)定的實(shí)質(zhì)就是確定相機(jī)之間的空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。標(biāo)定借助于標(biāo)定裝置，利用軟件算法計(jì)算出掃描頭的所有內(nèi)外部結(jié)構(gòu)參數(shù)，以此正確計(jì)算測量點(diǎn)的坐標(biāo)。多相機(jī)與構(gòu)件的示意圖如圖5所示。在本特定實(shí)施例中，相機(jī)數(shù)目為三個。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了，相機(jī)數(shù)目也可以為三個以上，本發(fā)明對此不作限定。

相機(jī)標(biāo)定的主要思路為：1.利用已知坐標(biāo)的三維標(biāo)定板在三相機(jī)公共視場內(nèi)自由移動，拍攝多張高質(zhì)量的標(biāo)定相片。2.圖像處理得到相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)。3.多組標(biāo)定相片通過迭代優(yōu)化，得到相機(jī)三維坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

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