[發明專利]一種消除防護玻璃折射影響的平面尺寸單目測量方法

有效

• 申請號: 201810049946.5
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108364318B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 徐冬;劉克東;楊荃;王曉晨;孫友昭;代振洋
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/33;G06F17/16
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種消除防護玻璃折射影響的平面尺寸單目測量方法，其特征在于，所述方法根據無玻璃條件下標定得到的相機內部參數和相機相對測量平面的外部參數、有無玻璃時每個平面形狀特征點的世界坐標間距、每個平面形狀特征點的玻璃折射影響矩陣計算得到每個平面形狀特征點的坐標轉換矩陣；

根據所述每個平面形狀特征點的坐標轉換矩陣建立基于小孔成像的非線性相機成像模型；

進而根據所述基于小孔成像的非線性相機成像模型建立平面尺寸檢測模型，最終利用所述平面尺寸檢測模型計算得到消除防護玻璃折射影響的測量平面內平面形狀特征點的世界坐標；

所述方法包括以下步驟：

步驟S1，安裝防護玻璃前，對相機進行標定，以獲取相機的內部參數M_in和相機相對于測量平面的外部參數M_ex；

步驟S2，安裝防護玻璃后，當被測平面形狀處于測量區域時，相機拍攝圖像，使用角點檢測算法或輪廓檢測算法提取平面形狀特征點，記錄所述平面形狀特征點的像素坐標(u,v)數據；

O_f-UV為圖像像素坐標系，它以像素平面左上角的點為坐標系原點O_f，每一像素的坐標(u,v)分別是該像素在數組中的列數與行數；

步驟S3，針對步驟S2獲取的所述平面形狀特征點的像素坐標(u,v)數據，計算有、無玻璃影響下平面形狀特征點的世界坐標間距Δ₂；

步驟S4，根據步驟S2獲取的所述平面形狀特征點的像素坐標(u,v)數據，及步驟S3計算得到的有、無玻璃影響下平面形狀特征點的世界坐標間距Δ₂，計算玻璃折射影響矩陣

步驟S5，根據標定的相機內部參數M_in、相機相對測量平面的外部參數M_ex和每個平面形狀特征點的玻璃折射影響矩陣計算得到的每個平面形狀特征點的坐標轉換矩陣建立基于小孔成像的非線性相機成像模型；

步驟S6，所述基于小孔成像的非線性相機成像模型中z_w＝0時，建立平面尺寸檢測模型，所述平面尺寸檢測模型計算所述平面形狀特征點像素坐標(u,v)對應的世界坐標系中測量平面內的平面形狀特征點的世界坐標(x_w,y_w)；

所述步驟S1的具體內容為：

步驟S1.1，圖像獲取：獲取多張棋盤格標定板不同位姿的圖像以及測量平面內的棋盤格標定板圖像；

步驟S1.2，計算角點的亞像素坐標：采用Harris角點檢測算法提取所述棋盤格標定板不同位姿的圖像以及測量平面內的棋盤格標定板圖像中的角點，并采用灰度梯度特征法進行亞像素計算，得到精確的角點的亞像素坐標(u_M,v_N)；

步驟S1.3，計算相機的內部參數M_in和相機相對于測量平面的外部參數M_ex：根據步驟S1.2所得的角點亞像素坐標，采用張正友相機標定法計算得到相機的內部參數M_in和相機相對于測量平面的外部參數M_ex；

步驟S3中所述有、無玻璃影響下平面形狀特征點的世界坐標間距Δ₂的計算如下式(5)所示：

其中，d為玻璃厚度，單位mm；α為相應的平面形狀特征點的入射角，則f為鏡頭的焦距，單位mm；dx,dy為每一個像素在X軸與Y軸方向上的物理尺寸，單位mm/像素；n為玻璃折射率，無量綱；(u₀,v₀)為圖像物理坐標系原點像素坐標。

2.根據權利要求1所述一種消除防護玻璃折射影響的平面尺寸單目測量方法，其特征在于，步驟S4中所述玻璃折射影響矩陣的計算式如式(6)所示：

其中，平面形狀特征點在圖像物理坐標系中與X軸的夾角(u₀,v₀)為圖像物理坐標系原點像素坐標，(u,v)為平面形狀特征點的像素坐標；u≥u₀時，取+Δ₂cosγ；u＜u₀時，取-Δ₂cosγ；v≥v₀時，取+Δ₂sinγ；v＜v₀時，取-Δ₂sinγ。