[發(fā)明專利]面向定標(biāo)面陣相機(jī)影像的位姿高精度直接估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710120261.0
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN107063190B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李艷煥;徐振亮;邵良杉;劉冰
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李運(yùn)萍

1.一種面向定標(biāo)面陣相機(jī)影像的位姿高精度直接估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、測定一組高等級物方點(diǎn)坐標(biāo)，采用定標(biāo)相機(jī)獲取含有上述物方點(diǎn)的影像；

步驟2、選擇影像數(shù)據(jù)中物方點(diǎn)對應(yīng)的凸包像點(diǎn)參與影像位姿估計(jì)；

步驟3、采用坐標(biāo)量測儀獲得影像中物方點(diǎn)對應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟4、在步驟2中選擇凸包點(diǎn)中三角形面積最大的三個(gè)像點(diǎn)對應(yīng)的物方點(diǎn)作為基點(diǎn)組，獲得影像深度和平移向量；

步驟5、在步驟4的基礎(chǔ)上，將影像位姿估計(jì)轉(zhuǎn)化為由向量求旋轉(zhuǎn)矩陣問題，采用Procrustes方法完成旋轉(zhuǎn)矩陣的高精度估計(jì)；

步驟6、根據(jù)估計(jì)獲得的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量獲得影像外方位線元素，根據(jù)估計(jì)獲得的旋轉(zhuǎn)矩陣獲得影像外方位角元素；

步驟7、完成影像的位姿估計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向定標(biāo)面陣相機(jī)影像的位姿高精度直接估計(jì)方法，其特征在于，步驟4所述的在步驟2選擇的凸包點(diǎn)中三角形面積最大的三個(gè)像點(diǎn)所對應(yīng)的物方點(diǎn)作為基點(diǎn)組，獲得影像深度和平移向量，具體步驟如下：

步驟4-1、根據(jù)物方點(diǎn)和像點(diǎn)之間的解析關(guān)系，轉(zhuǎn)換為矩陣形式；

所述的物方點(diǎn)和像點(diǎn)之間的關(guān)系，具體公式如下：

其中，X表示物方點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系X坐標(biāo)，Y表示物方點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系Y坐標(biāo)，Z表示物方點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系Z坐標(biāo)，X_s表示相機(jī)位置在物方空間坐標(biāo)系X坐標(biāo)，Y_s表示相機(jī)位置在物方空間坐標(biāo)系Y坐標(biāo)，Z_s表示相機(jī)位置在物方空間坐標(biāo)系Z坐標(biāo)，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂和c₃表示姿態(tài)角ω，κ構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣元素；

將公式(1)轉(zhuǎn)換為矩陣形式；

λ_ix_i＝KR^T(X_i-X_s) (2)

其中，λ_i表示物方點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系下深度，i表示像點(diǎn)編號，R表示像空間輔助坐標(biāo)系到物空間坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，K＝diag(-f，-f，1)，f表示相機(jī)主距；x_i＝[x_i^T，1]^T表示像點(diǎn)x_i的齊次坐標(biāo)，x_i為像點(diǎn)的歐氏坐標(biāo)；X_i為同名物方點(diǎn)的物空間坐標(biāo)；

將像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，得到的公式(1)的改化形式；

具體公式如下：

其中，為像點(diǎn)坐標(biāo)規(guī)范化形式；

步驟4-2、選擇凸包點(diǎn)中三角形面積最大的三個(gè)像點(diǎn)所對應(yīng)的物方點(diǎn)作為基點(diǎn)組，構(gòu)建其他物方點(diǎn)與基點(diǎn)組間的比例系數(shù)向量；

所述的比例系數(shù)向量為：

其中，表示比例系數(shù)向量第一分量，表示比例系數(shù)向量第二分量，表示比例系數(shù)向量第三分量；X₁表示基點(diǎn)組中第一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，X₂表示基點(diǎn)組中第二個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，X₃表示基點(diǎn)組中第三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，X_j表示除基點(diǎn)組外其他物方點(diǎn)坐標(biāo)，j＝4，5，....N，N表示所有凸包點(diǎn)個(gè)數(shù)；

將比例系數(shù)代入公式(3)中進(jìn)行轉(zhuǎn)化獲得如下公式：

其中，λ_j表示第j個(gè)物方點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系下深度，表示第j個(gè)像點(diǎn)的規(guī)范化坐標(biāo)，T＝R^TX_s表示平移向量；

步驟4-3、將轉(zhuǎn)化后的關(guān)系式兩端同時(shí)乘以一個(gè)反對稱矩陣，整理獲得齊次方程組，并求解獲得齊次方程組的通解；

其中，為反對稱矩陣；

求解獲得齊次方程組的通解；

其中，α＞0為標(biāo)量，表示第i個(gè)物方點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系下深度估值，T^*表示相機(jī)平移向量估計(jì)值；

步驟4-4、將齊次方程通解代入改化后的共線方程中，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣的保范數(shù)特性獲得標(biāo)量的估值；

其中，α^*表示標(biāo)量α的估計(jì)值。