[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)的下一最佳測(cè)量位姿確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910110094.0
• 申請(qǐng)日: 2019-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN109781003B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林俊義;江開勇;李龍喜;黃常標(biāo);劉華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00;G01B11/25
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;林燕玲

1.一種結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)的下一最佳測(cè)量位姿確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

A1、獲取被測(cè)物體初始位置的深度圖像和三維點(diǎn)云；

A2、通過(guò)深度圖像獲取被測(cè)物體的邊緣，根據(jù)有效測(cè)量范圍確定下一最佳位姿判定所需的區(qū)域；

A3、對(duì)區(qū)域內(nèi)三維點(diǎn)云進(jìn)行密度聚類，依據(jù)密度與三維形貌復(fù)雜程度關(guān)系，獲得各個(gè)子區(qū)域的復(fù)雜系數(shù)；

A4、結(jié)合視場(chǎng)大小優(yōu)化各個(gè)子區(qū)域權(quán)重，從而確定深度圖上最佳移動(dòng)方向；

A5、以測(cè)量視場(chǎng)為中心，結(jié)合深度圖像獲得趨勢(shì)面，分析全局區(qū)域以及中心趨勢(shì)線，從而確定出下一最佳測(cè)量位姿；該步驟具體包括如下：

A5.1、在深度圖像上，以當(dāng)前測(cè)量視場(chǎng)中心為原點(diǎn)，以最佳移動(dòng)方向重疊視場(chǎng)大小為約束，快速獲得趨勢(shì)面分析全場(chǎng)區(qū)域，利用深度圖像像素與三維點(diǎn)云對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取趨勢(shì)面擬合所需三維數(shù)據(jù)；

A5.2、采用該三維數(shù)據(jù)來(lái)擬合趨勢(shì)面，數(shù)學(xué)模型為：

z＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy+a₅y²

其中a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅為多項(xiàng)式系數(shù)，x、y為各個(gè)三維點(diǎn)的XY平面坐標(biāo)值；

A5.3、根據(jù)深度圖像快速獲得最佳移動(dòng)方向上通過(guò)視場(chǎng)中心與聚類中心的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并擬合出空間平面，該平面與趨勢(shì)面相交確定一條空間曲線，該空間平面的方程為：

Ax+By+Cz+D＝0

其中A、B、C、D為空間平面擬合系數(shù)，x、y、z為各個(gè)三維點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)值；

A5.4、記當(dāng)前測(cè)量視場(chǎng)中心點(diǎn)為P_A(x_A，y_A，z_A)，下一個(gè)測(cè)量中心軸與預(yù)測(cè)趨勢(shì)面的交點(diǎn)為P_B(x_B，y_B，z_B)即下一最佳測(cè)量視場(chǎng)中心，點(diǎn)P_B可由以下方程組求出：

R_k為P_A和P_B之間的三維歐式距離，求出P_B在趨勢(shì)面上的法向，在該法向方向上計(jì)算離點(diǎn)P_B為物距L的點(diǎn)P_P(x_p，y_p，z_p)，該點(diǎn)P_P即為所述下一最佳測(cè)量位姿。

2.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)的下一最佳測(cè)量位姿確定方法，其特征在于，所述A2包括如下：

首先，在深度圖像上采用Canny算子邊緣提取法快速識(shí)別出物體的邊緣；再采用區(qū)域?qū)挾萾的計(jì)算方法確定所述區(qū)域，公式如下：

其中a為視場(chǎng)長(zhǎng)度，b為視場(chǎng)寬度，表示將面積轉(zhuǎn)化為矩形平均寬度，S為有效測(cè)量區(qū)域面積，c為邊緣區(qū)域面積與有效區(qū)域面積之比，k₁為輪廓修正系數(shù)，l為有效測(cè)量區(qū)域長(zhǎng)度。

3.如權(quán)利要求2所述的一種結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)的下一最佳測(cè)量位姿確定方法，其特征在于，所述A3包括如下：設(shè)待聚類的點(diǎn)集為data＝{x₁，x₂，...，x_n}，令I(lǐng)_data＝{1，2，…，n}為相應(yīng)的指標(biāo)集，n為總點(diǎn)數(shù)，則點(diǎn)x_i的局部密度系數(shù)ρ_i即各個(gè)子區(qū)域的復(fù)雜系數(shù)計(jì)算公式為：

其中d_ij為點(diǎn)x_i和x_j之間的歐式距離，d_c為截?cái)嗑嚯x，設(shè)定i與j屬于I_data的下標(biāo)，函數(shù)

4.如權(quán)利要求3所述的一種結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)的下一最佳測(cè)量位姿確定方法，其特征在于，所述A4中，以當(dāng)前測(cè)量視場(chǎng)中心與密度最大聚類中心的連線作為所述最佳移動(dòng)方向，具體如下：當(dāng)前視場(chǎng)中心與下一視場(chǎng)中心的距離為R，其中，x為X軸坐標(biāo)，k為兩視場(chǎng)中心連線的斜率；

考慮各個(gè)區(qū)域權(quán)重引入評(píng)估值δ，評(píng)估值δ最大的方向即為所述最佳移動(dòng)方向：

δ＝∑ω_i

其中ω_i表示子區(qū)域權(quán)重，根據(jù)求得，l_i表示各個(gè)聚類中心離當(dāng)前測(cè)量視場(chǎng)中心在移動(dòng)方向上的距離。