[發明專利]基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統與方法

在審

• 申請號: 201911426729.4
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111412856A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 徐觀;陳芳;戴建國;蘇建;張立斌;劉玉梅;陳熔;單紅梅;林慧英;李曉韜;沈慧;朱堯平
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統，其特征在于，所述的基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統包括有攝像機支架(1)、攝像機(2)、連接件(3)、激光器(4)與二維標定板(5)；

攝像機支架(1)放置在地面上，攝像機(2)通過底部的螺紋孔與攝像機支架(1)頂部的螺栓螺紋固定連接，二維標定板(5)置入連接件(3)的U形鋼板的細長凹槽中，螺栓穿入連接件(3)和二維標定板(5)的通孔與螺母螺紋固定連接，線激光器(4)插入激光器連接件(3)鋼管的內孔中，緊定螺釘旋入連接件(3)鋼管側面的螺紋孔，緊定螺釘端部與線激光器(4)圓柱面接觸緊配合，線激光器(4)發出的激光平面與二維標定板(5)圖形所在平面共面。

2.按照權利要求1所述的基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統，其特征在于所述的攝像機支架(1)為可調整高度的三角支架。

3.按照權利要求1所述的基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統，其特征在于所述的攝像機(2)為裝有窄帶濾光片的廣角工業相機。

4.按照權利要求1所述的基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統，其特征在于所述的連接件(3)為U形鋼板與鋼管焊接而成的零件，U形鋼板側面加工有通孔，鋼管側面加工有螺紋孔。

5.按照權利要求1所述的基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統，其特征在于所述的線激光器(4)為可發射線激光的圓柱形零件，線激光器(4)發出的激光波長與攝像機(2)的窄帶濾光片的帶通波長一致。

6.按照權利要求1所述的基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統，其特征在于所述的二維標定板(5)為一塊矩形鋼板制成的零件，二維標定板(5)的表面粘貼有兩個中心重合且臨邊相互垂直的矩形圖案，二維標定板(5)加工有通孔。

7.按照權利要求1至6所述的基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建系統的重建方法，其特征在于，具體步驟如下：

第一步：基于雙矩形標識的汽車形貌單目主動視覺重建方法的圖像采集：

攝像機(2)固定在攝像機支架(1)上，將攝像機支架(1)放置在地面上，激光器(4)插入連接件(3)的鋼管內孔，打開激光器(4)，通過調節連接件(3)的鋼管上的螺釘，使激光器(4)投射出的激光線與二維標定板(5)共面并將激光器(4)固定，攝像機(2)采集一幅圖像，圖像包含二維標定板(5)以及激光器(4)與車輛表面相交的投影激光點；

第二步：攝像機(2)內參數矩陣的求解：

從攝像機(2)采集的圖像中利用Hough變換提取雙矩形標識的4對平行直線的圖像坐標l_i，1，l_i，2(i＝1，2，3，4)，由下式求得4個消影點

x_i＝l_i，1×l_i，2

其中x_i＝(x_i，1，y_i，1，1)^T；

根據消影點在消影線上以及兩點確定一條直線，由下式可解得兩條消影線

針孔相機模型的投影中心為O，投影到圖像平面上的投影為P，過投影中心O作垂直于消影線的垂線OC₁交消影線于垂足C₁，則X軸方向焦距為

f₁＝(OC₁²-PC₁²)^1/2

其中OC₁＝(Ox₁Ox₂)^1/2，PC₁可直接從圖像中獲取，根據另一條消影線同理可得Y軸方向焦距f₂；

根據焦距及假設主點位于圖像中心的條件可得內參數矩陣為

其中u₀、v₀為圖像平面的主點坐標；

第三步：攝像機(2)外參數旋轉矩陣以及平移向量的求解：

從二維標定板(5)坐標系到攝像機(2)坐標系的旋轉矩陣可表示為

同理可得

，令將進行SVD分解：

其中U、V均為正交矩陣，而∑是非負實對角矩陣，把中間的對角陣∑中的元素開方，再與左右的U、V矩陣相乘得到綜合的最優的旋轉矩陣R_OC；

在世界坐標系下選擇一條已知長度的與X方向平行的線段AB，過線段一端點A的投影點a作該線段的平行線ab′交直線OB與點b′，則向量的模為

再根據OA與Oa方向相同求得向量

根據求得的旋轉矩陣R_OC，得到平移向量

第四步：車身表面特征點的重建：

由激光平面π^T在二維標定板(5)坐標系下的坐標為π^T＝(0 0 1 1)^T，由下式可得到激光平面π^C在攝像機(2)坐標系下的坐標

根據圖像中采集到的車身表面特征點Y的圖像坐標y，根據標定過程求得的攝像機(2)內參數、旋轉矩陣和平移向量，有

M[R_OC t_OC]Y＝y

再根據待重建點位于線激光器(4)發射的激光平面π^C上得

(π^C)^TY＝0

上述兩式聯立即可求得激光平面與車身交點的三維坐標

其中P＝M[R_OC t_OC]。