[發明專利]單目序列圖像實現剛體位姿參數連續性測量方法

有效

• 申請號: 201810694914.0
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109238235B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 趙祚喜;馮榮;談婷;宋俊文;賴琪;黎源鴻;馬昆鵬;楊貽勇;蒙劭洋
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G06T7/246;G06T7/285;G06T7/80;G06T19/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李君

本發明公開了一種單目序列圖像實現剛體位姿參數連續性測量方法，該方法包括：確定非運動剛體上的標定點在世界坐標系上的三維坐標；確定運動目標剛體上的標定點在局部坐標系上的三維坐標；利用相機采集非運動剛體和運動目標剛體的初始圖像和運動目標剛體運動過程中的序列圖像；求解世界坐標系與相機坐標系之間的旋轉矩陣，以及相機坐標系原點在世界坐標系下的坐標；求解局部坐標系與相機坐標系之間的旋轉矩陣，以及相機坐標系原點在局部坐標系下的坐標；建立局部坐標系與世界坐標系之間的旋轉矩陣，以及局部坐標系原點在世界坐標系下的坐標；求解運動目標剛體運動過程中的實時位姿參數。本發明為機械系統仿真、驗證，試驗結果鑒定提供了基礎。

技術領域

本發明涉及一種視覺測量方法，尤其是一種單目序列圖像實現剛體位姿參數連續性測量方法，屬于視覺測量領域。

背景技術

剛體位姿參數測量在大型工件裝配、空間飛行器對接、交通事故責任判定、試驗結果鑒定過程中有著重要的應用價值。傳統的剛體位姿測量方法是在被測空間目標上安裝高精度的陀螺或GPS進行三維位姿測量，主要有慣性導航位姿測量系統、GPS導航位姿測量系統、慣性導航結合GPS原理位姿測量系統。

慣導系統有一個缺點，即系統誤差會跟隨時間的增加而發散，測量系統升溫和初始化對準所需要的時間相對較長，而作為測量系統中關鍵的慣性元件，精度越高，所要花費精力和經濟代價越大；GPS導航位姿測量系統具有諸多的優點，但是主要缺點還是制造價格昂貴和應用領域的靈活性不強；慣性導航結合GPS導航原理位姿測量系統主要原理是將GPS的長期測量精確性與慣性陀螺儀的短期測量穩定性等優點相結合，達到良好的預期測量結果，該系統有測量精度高和可靠性好等特點，但由于此系統中主要測量組成包含兩個部分，因此系統制造價格自然也是更加昂貴，而且耗時。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種單目序列圖像實現剛體位姿參數連續性測量方法，該方法為僅用一臺視覺成像設備(相機)采集圖像的單目視覺測量方法，相較于雙目視覺測量和多目視覺測量，無需解決雙目視覺測量和多目視覺測量中的相機間的最優距離(基線長度)和特征點匹配難的問題，也不會像全方位視覺傳感器那樣產生很大的畸變，在相機安裝、視場調整、相機參數標定等方面也都比雙目視覺測量和多目視覺測量有優勢，該方法可以實現空間運動目標的位姿參數連續性測量，為機械系統仿真、驗證，試驗結果鑒定提供了基礎。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種單目序列圖像實現剛體位姿參數連續性測量方法，所述方法包括：

在非運動剛體上定義世界坐標系，并在非運動剛體上粘貼多個標定點，確定非運動剛體上的標定點在世界坐標系上的三維坐標；

在運動目標剛體上定義局部坐標系，并在運動目標剛體上粘貼多個標定點，確定運動目標剛體上的標定點在局部坐標系上的三維坐標；

利用相機采集非運動剛體和運動目標剛體的初始圖像和運動目標剛體運動過程中的序列圖像；

利用初始圖像中非運動剛體上的標定點的像素坐標與世界坐標的線性變換關系，求解世界坐標系與相機坐標系之間的旋轉矩陣，以及相機坐標系原點在世界坐標系下的坐標；

利用序列圖像中運動目標剛體上的標定點，求解每一幀圖像中局部坐標系與相機坐標系之間的旋轉矩陣，以及相機坐標系原點在局部坐標系下的坐標；

以相機坐標系為中介，建立每一幀圖像中局部坐標系與世界坐標系之間的旋轉矩陣，以及局部坐標系原點在世界坐標系下的坐標；

根據每一幀圖像中局部坐標系與世界坐標系之間的旋轉矩陣，以及局部坐標系原點在世界坐標系下的坐標，求解運動目標剛體運動過程中的實時位姿參數。

進一步的，所述方法在高速相機采集圖像前，還包括：