[發明專利]基于折射圖像偏差的三維信息視覺測量方法

在審

• 申請號: 201610035785.5
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105571518A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 劉巍;馬鑫;賈振元;魯繼文;李肖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種基于折射圖像偏差的三維信息視覺測量方法，采用單攝像機 先拍攝一張圖像A1，然后將已知折射率的玻璃板以任意角度放入相 機前，再利用攝像機拍攝一張圖像A2，利用兩張圖像的偏差量，完 成被測物體空間三維信息的測量；測量方法的具體步驟如下：

第一步進行單攝像機的標定

測量方法采用單攝像機相對固定的方式，以精密加工的靶標板對 攝像機進行標定的方法；以張正友等人提出的基于2維平面靶標的攝 像機標定方法為基礎，并針對測量過程中相對距離高精度的測量要求， 實現單目系統在較大視場下的高精度標定，單攝像機模型如下所示：

Zcuv1=Cx0u00Cyv0001[RT]XwYwZw1=MQXwYwZw1---(1)]]>

其中，Z_c為比例因子，(u₀,v₀)為圖像的主點坐標，(C_x,C_y)為橫縱方向的 等效焦距，R，T分別為攝像機坐標系相對于世界坐標系的旋轉和平 移矩陣，(X_w,Y_w,Z_w)為控制點在世界坐標系下的坐標，M為相機內參數 矩陣，Q為相機外參數矩陣，(u,v)為控制點在攝像機平面上的像素坐 標；

第二步標記點特征的提取

采用梯度重心法分別提取A1、A2圖像上的特征，首先采用高斯 一階微分算子對圖像進行卷積操作，以獲得圖像在各點的梯度，則對 于標志圖案所在子區域的梯度重心點坐標的求取方法如下：

C=Σi=-hhΣj=-ww[|G(i,j)|·P(i,j)]/Σi=-hhΣj=-ww|G(i,j)|---(2)]]>

其中，C為應用梯度重心法所提取的標記點中心像素坐標值，(i,j)為 標記點坐標，|G(i,j)|為(i,j)點的梯度幅值，w，h分別為目標圖像 的寬和高，P(i,j)為(i,j)點的圖像坐標；

第三步三維信息求解

由于添加的玻璃板是平行板，所以通過以下方程求解平行玻璃板的法 向量n；

n(v0×b)＝0(3)

其中，n為平行玻璃板的法向量，v0是圖像上標記點坐標的空間方向 矢量，b是同一特征點添加平行玻璃板前后的偏差矢量；

在無平行板遮擋前，通過小孔成像模型得到公式(4)，

v0P(3)f=P---(4)]]>

在平行板遮擋后，通過多折射模型得到公式(5)，

P=-P(3)v0v0Tn-d1(v1-v0)v1Tn---(5)]]>

公式(4、5)中：P為空間一點在攝像機坐標下的三維坐標，P⁽³⁾為P的 第三列，f為攝像機焦距，d₁為玻璃板厚度，v₀為靠近鏡頭端的光路 的方向向量，v₁光路在玻璃板中的方向向量，n為平行玻璃板的法向 量；

通過公式(4)和公式(5)的連立求解出P⁽³⁾，進而求解出P。