[發(fā)明專利]基于坐標(biāo)變換的完整成像映射方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410275210.1
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104048601B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉凌云;羅敏;吳岳敏
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北汽車工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01C11/00
• 代理公司: 深圳市嘉宏博知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所44273
• 代理人: 楊敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種完整成像映射方法，尤其涉及一種基于坐標(biāo)變換的完整成像映射方法。

背景技術(shù)

目前視覺檢測技術(shù)在工業(yè)的各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，基于機器視覺的測量手段和方法也得到了快速的發(fā)展，但對幾何尺寸的視覺測量研究主要集中在對微小結(jié)構(gòu)或尺寸較小零件，其主要原因在于目前CCD器件像素級相對測量精度僅在10^-3數(shù)量級，而視覺系統(tǒng)一次成像的成像區(qū)域與檢測分辨率之間成反比關(guān)系。對微小物體進行圖像測量時，由于視場較小，可相應(yīng)提高圖像測量的分辨力來提高測量精度；而對于較大或細(xì)長類零件幾何尺寸的綜合檢測，一次成像獲得的完整圖像中由于分辨率不高從而導(dǎo)致檢測精度滿足不了實際應(yīng)用要求。

依照化整為零、再集零為整的完整成像基本思想可以解決較大尺寸零件視覺測量中視場與圖像分辨率之間的矛盾，文獻1【何博俠,張志勝,徐孫浩等.大尺寸機械零件的機器視覺高精度測量方法。中國機械工程,2009 20(1)】針對具有條形紋理表面的機械零件提出了基于紋理特征的序列圖像校準(zhǔn)方法，但對具有光滑表面或者表面紋理無規(guī)則的檢測對象無能為力，其應(yīng)用領(lǐng)域極其有限。

文獻2【劉凌云,羅敏等.基于圖像拼接的尺寸精密檢測算法研究,制造技術(shù)與機床,2012,11】中將圖像拼接技術(shù)應(yīng)用到視覺測量中，采用已標(biāo)定攝像機方式建立圖像投影模型，提出了基于位姿變換的圖像拼接算法實現(xiàn)圖像之間的精確配準(zhǔn)，并通過變位機驅(qū)動攝像機精確變換位姿獲取圖像序列，實驗驗證該算法具有較高的拼接精度。將采集的序列圖像消除畸變后映射到同一基準(zhǔn)平面是該拼接算法的關(guān)鍵步驟，但由于該算法中未對攝像機外部參數(shù)加以限制，所建立的圖像無畸變焦平面映射的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜。

文獻2中所采用的圖像無畸變焦平面映射的數(shù)學(xué)模型如附圖一所示，其中，{C}為實際成像時攝像機坐標(biāo)系，{C′}為無畸變虛擬攝像機坐標(biāo)系，其Xc′、Yc′軸分別與世界坐標(biāo)系{W}的對應(yīng)軸同方位。則映射坐標(biāo)(u′，v′)^T與實際成像坐標(biāo)(u，v)^T滿足以下關(guān)系：

上式中r_ij(i＝1,2,3；j＝1,2,3,4)為攝像機小孔成像數(shù)學(xué)模型中矩陣M的對應(yīng)元素。由于映射關(guān)系式(1)表示的是從成像平面到投影平面的坐標(biāo)位置映射，屬于向前映射法，在具體實現(xiàn)時為獲得投影平面點位灰度值所采用的灰度插值算法相當(dāng)復(fù)雜，這無疑增加了計算機CPU的計算時間開銷且圖像的細(xì)節(jié)退化較為明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的完整成像映射方法復(fù)雜，增加了計算機CPU的計算時間開銷且圖像的細(xì)節(jié)退化較為明顯等問題而提出了一種能逐個像素產(chǎn)生輸出圖像，不會產(chǎn)生計算浪費問題且便于高精度插值算法的應(yīng)用的基于坐標(biāo)變換的完整成像映射方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

上述的基于坐標(biāo)變換的完整成像的映射方法，其包括攝像機位姿找正，所述攝像機位姿找正是建立在攝像機借助于一個雙自由度精確調(diào)整裝置安裝在測量平面上方，其包括以下步驟：

1)攝像機對不同位姿的靶標(biāo)平面拍攝多幅圖像，由靶標(biāo)上每個特征點與其圖像上相應(yīng)的像點之間的對應(yīng)點關(guān)系應(yīng)用平面標(biāo)定法，進行優(yōu)化搜索精確獲取攝像機的內(nèi)部參數(shù)；

2)將靶標(biāo)平放在測量平面上，以靶標(biāo)平面作為XY平面設(shè)定世界坐標(biāo)系{W₁}；

3)再次利用攝像機對靶標(biāo)平面成像，由靶標(biāo)上特征點與其像點對應(yīng)關(guān)系、已標(biāo)定的攝像機內(nèi)參根據(jù)小孔成像公式得出世界坐標(biāo)系{W₁}相對于攝像機坐標(biāo)系{C}位姿描述的齊次變換矩陣對所述齊次變換矩陣進行歐拉角變換獲得繞攝像機坐標(biāo)系{C}固定軸x-y-z旋轉(zhuǎn)的RPY角；

4)待所測得的坐標(biāo)系{C}相對于其自身的Y、Z兩個軸依次旋轉(zhuǎn)的相應(yīng)角度小于設(shè)定閾值ε時，攝像機垂直找正完成；否則適當(dāng)調(diào)整雙自由度精確調(diào)整裝置的俯仰及偏轉(zhuǎn)角，返回步驟3)重新對標(biāo)靶成像測量。

所述基于坐標(biāo)變換的完整成像映射方法，其中，所述映射方法還包括建立圖像無畸變焦平面向后映射數(shù)學(xué)模型；

所述圖像無畸變焦平面向后映射數(shù)學(xué)模型的建立是基于所述攝像機位姿來進行，即首先建立攝像機光軸垂直于測量平面時測量平面上點P{X_w,Y_w,0}^T與圖像坐標(biāo)(u，v)^T之間的實際成像數(shù)學(xué)模型，然后建立測量平面上同一點P在虛擬攝像機中的成像數(shù)學(xué)模型，再最終建立圖像無畸變焦平面向后映射的數(shù)學(xué)模型。