[發明專利]一種利用十字結構光輔助的單目視覺位姿測量方法

有效

• 申請號: 201410015892.2
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103791889A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 王云舒;曾慶化;劉建業;顧姍姍;陳維娜;萬駿煒;趙繼;居后鴻;孟騫;王煥浩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種利用十字結構光輔助的單目視覺位姿測量方法，其特征在于包括以下步驟：

1）建立相機坐標系C-X_cY_cZ_c、圖像坐標系o-uv、十字結構光坐標系L-X_lY_lZ_l以及物體坐標系O_o-X_oY_oZ_o，其中相機坐標系、圖像坐標系與通常的定義一致；十字結構光坐標系的原點為十字結構光發出點，Z_l軸與十字結構光兩平面的交線重合，方向與光線射出方向一致，X_l軸、Y_l軸分別沿兩個垂直光線平面與Z_l軸構成右手系；物體坐標系原點位于物體表面某一線段的端點，X_o軸與該線段重合指向另一端點，Z_o軸垂直物體表面向外，Y_o軸與X_o軸、Z_o軸構成右手系；

2）定義物體坐標系相對相機坐標系的旋轉關系R與平移關系T，其中R表示物體坐標系先繞X_o軸逆時針轉動γ角，再繞Y_o軸逆時針轉動θ角，最后繞Z_o軸逆時針轉動ψ角，即R=cosψcosθ-cosψsinθsinγ-sinψcosγ-cosψsinθcosγ+sinψsinγsinψcosθ-sinψsinθsinγ+cosψcosγ-sinψsinθcosγ-cosψsinγsinθcosθsinγcosθcosγ;]]>

3）將相機與十字結構光傳感器同向放置并進行標定，包括相機內參、相機坐標系與十字結構光坐標系間的位移和旋轉關系；使十字結構光在物體表面的亮斑與物體表面在X_o軸上的線段有兩個交點，此交點即為特征點，相機捕捉這兩點以及十字結構光與物體表面輪廓另外任意一個交點；

4）利用圖像處理算法獲得步驟3）中所需的三個交點，利用單點三角測距法計算這三個點在相機坐標系下的坐標(i＝0,1,2)，得到特征點在物體坐標系下X_o軸方向的差，表示為b；

5）利用步驟2）中定義的旋轉關系R描述步驟4）中獲得的三個點，得到三個方程組，利用這三個點在物體坐標系下的關系，通過線性變換對方程組進行化簡消元，得到物體坐標系三軸相對相機坐標系的旋轉角度γ=arctan=(z1c-z0c)cosθ-(y1c-y0c)sinθcosψ-(x1c-x0c)sinθsinψcosψ(y1c-y0c)-sinψ(x1c-x0c);]]>

6）利用步驟2）中定義的旋轉關系R以及步驟3）得到的三個交點中任意一點在相機坐標系下的坐標，可以得到該點在物體坐標系下的坐標，進而獲得物體坐標系原點在相機坐標系下的坐標，即可得到物體坐標系與相機坐標系之間的平移矩陣T=[x0c-x0o,y0c-y0o,z0c-z0o]T.]]>

2.根據權利要求1所述的利用十字結構光輔助的單目視覺位姿測量方法，其特征在于：所述的單點三角測距法為安裝時獲得Z_L軸與平面X_wO_wZ_w的夾角λ與Y_L軸與平面X_wO_wZ_w的夾角由結構光坐標系與相機坐標系之間的旋轉關系可知從而得到十字結構光在物體表面投影上任意一點在相機坐標系下的坐標：

其中，UA=(uA0-u0)ax,VA(vA0-v0)ay.]]>