[發明專利]單目相機實現動態點三維測量方法

在審

• 申請號: 201810993791.0
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109146959A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 趙祚喜;馮榮;可欣榮;郭云志;陳楚;談婷;馬昆鵬
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/80
• 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相機實現動態點三維測量方法，該方法包括：在空間非運動剛體某一位置建立全局坐標系，并在該全局坐標系上粘貼多個坐標已知的控制點；標定出單目相機的內外參數；利用多臺激光發射器發出多條激光光束，每條激光光束打在動態測量點所在平面上產生一個激光點；利用單目相機采集控制點和動態測量點所在平面的初始圖像，以及采集動態測量點所在平面在空間運動過程中的序列圖像，根據單目相機的內外參數，確定每個激光點的實時空間坐標；根據每個激光點的實時空間坐標，確定動態測量點所在平面方程，從而確定動態測量點的實時三維坐標。本發明可以實現空間目標點的三維坐標測量，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，尤其是一種單目相機實現動態點三維測量方法，屬于視覺測量領域。

背景技術

坐標測量技術廣泛的應用于航空航天、機械制造、土木建筑、醫學等領域，坐標測量可分為靜態坐標測量和動態坐標測量，靜態測量方法一般有全站儀、三坐標測量儀、3D掃描儀、多目視覺測量等，動態測量方法有多目高速相機測量法、激光跟蹤儀測量法等。激光跟蹤儀一次性只能跟蹤測量一點的運動參數，而視覺測量是近幾年來測量領域的新興測量技術，作為一種非接觸式測量方法，它是用視覺傳感器對被測目標進行圖像采集，從采集的圖像中提取有用信息，進而實現對被測目標的幾何參數測量。

目前，雙目甚至多目高速視覺測量系統可以實現目標點的三維坐標測量，但視覺傳感器之間立體匹配困難，測量視場范圍小且價格昂貴，單目視覺在相機安裝、視場調整、相機參數標定等方面都比雙目視覺有優勢，但單目視覺測量丟失了目標點的深度信息，只能實現二維平面目標點運動參數測量。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種單目相機實現動態點三維測量方法，該方法僅用一臺視覺成像設備(單目相機)采集圖像，相較于其他動態點測量系統、雙目視覺或多目視覺動態測量，無需解決雙目視覺中的兩攝像機間的最優距離(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有優勢，并在多臺激光發射器的輔助下，實現了空間目標點的三維坐標測量，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：

一種單目相機實現動態點三維測量方法，所述方法包括：

在空間非運動剛體某一位置建立全局坐標系，并在該全局坐標系上粘貼多個坐標已知的控制點；

根據每個控制點的坐標與該控制點在單目相機像平面中的成像點像素坐標之間的線性變換關系，標定出單目相機的內外參數；

利用多臺激光發射器發出多條激光光束，每條激光光束打在動態測量點所在平面上產生一個激光點；

利用單目相機采集控制點和動態測量點所在平面的初始圖像，以及采集動態測量點所在平面在空間運動過程中的序列圖像，根據單目相機的內外參數，確定每個激光點的實時空間坐標；

根據每個激光點的實時空間坐標，確定動態測量點所在平面的方程，從而確定動態測量點的實時三維坐標。

進一步的，所述方法在標定出單目相機的內外參數之前，還包括：

在空間固定單目相機的擺放位置，并調整單目相機的焦距，使單目相機的鏡頭對準控制點和動態測量點所在平面。

進一步的，所述全局坐標系上的控制點為至少六個，且至少四個控制點不共面。

進一步的，所述每個控制點的坐標與該控制點在單目相機的像平面中的成像點像素坐標之間的線性變換關系為：