[發明專利]一種空間圓弧位姿的視覺檢測方法

有效

• 申請號: 201710146210.5
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN107167116B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 劉凌云;羅敏;吳岳敏;李慧玲;馬彬;徐金瑜
• 申請（專利權）人: 湖北汽車工業學院
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C21/00
• 代理公司: 深圳市嘉宏博知識產權代理事務所 44273
• 代理人: 楊敏

本發明涉及一種空間圓弧位姿的視覺檢測方法，其式將空間圓弧A_rc映射到虛擬攝像機{C₁}的虛擬成像平面Γ₁，構建空間圓弧A_rc在實際攝像機坐標系{C}中的實際圖像I_ma與虛擬攝像機{C₁}中所映射的虛擬圖像I'_ma之間的數學轉換模型。本發明具有很強的收斂性，能對圖像中特征采樣點進行映射前采用徑向畸變矯正，減小了映射變換的誤差，提高了檢測精度，省去立體匹配環節，測量方法簡單、合理且所需硬件成本較低。

技術領域

本發明涉及一種空間圓弧的位姿檢測方法，尤其涉及一種在空間圓弧半徑為已知量的情況下圓弧空間位姿的視覺檢測方法。

背景技術

孔、平面為機械零部件的基本特征，孔與平面正交形成空間幾何圓，而空間幾何圓是一種特征明顯且容易識別的形狀，在圖像處理中有著其他幾何形狀如直線等無法比擬的優點。通過對機械零部件某平面上空間幾何圓的視覺位姿檢測，間接獲取機械零部件的空間位置和姿態，在機器人視覺定位、目標跟蹤、視覺避障中具有廣泛的應用。針對空間幾何圓的視覺位姿檢測，不少學者提出了許多行之有效的方法，如文獻1【HEIKKIL AJ,SILVENO.A four-step camera calibration procedure with implicit image correction[C].IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,1997:1106-1112】提出了通過設置空間中多個點陣分布的圓形且多個攝像機參數耦合在一起求解空間圓位姿信息，該方法計算量大，難以快速獲得單個圓形圓心點的準確位置；文獻2【周富強,張廣軍,江潔等.空間圓幾何參數的非接觸高精度測量方法[J].儀器儀表學報2004，25(5):604-607】提出了一種根據極線約束求出空間圓在雙目立體視覺中的對應匹配點后投影到三維空間求出邊緣的實際坐標。盡管立體匹配算法得到了許多學者的廣泛研究并提出了許多有效措施，但立體匹配算法本身是一個病態算法，一般需要通過建立能量函數，利用最小化能量和函數和一些約束條件，采用最優化理論方法進行求解方程，計算過程比較復雜；文獻3【KIM J S,GURDJOS P.Geometric and algebraic constraints ofprojected concentric circles and their applications to camera calibration[J].IEEE Trans Pattern Analysis and Machine Intelligence,2005,27(4):637-642.】提出以同心圓為目標，利用同心圓求解無窮遠直線，進而求解精確圓心位置，但聯立兩個不相交的二次曲線來求解無窮遠直線，增加了求解的復雜性及計算量；文獻4【邢德奎,達飛鵬,張虎.圓形目標精密定位方法的研究與應用[J].儀器儀表學報.2009,30(12):2593-2598】針對同心圓目標，提出了利用交比不變性快速準確地獲取圖像中圓形目標圓心真實投影點的方法。

對于機械零部件而言，其特征平面與特征孔正交所形成的大多數為單一的空間圓，而非同心圓，且在機器人的作業任務中，作為作業對象的機械零部件，其形狀、尺寸往往是已知的，即空間圓的半徑也為確定值。因此對半徑已知的單一空間圓或圓弧進行視覺位姿測量具有很強的實用價值。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種具有很強的收斂性，能對圖像中特征采樣點進行映射前采用徑向畸變矯正，減小了映射變換的誤差，提高了檢測精度，省去立體匹配環節，測量方法簡單、合理且所需硬件成本較低的空間圓弧位姿的視覺檢測方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：