[發(fā)明專利]應(yīng)用于高精度三維測量的單目激光散斑投影系統(tǒng)標(biāo)定及深度估計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010039819.4
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111243002A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海波;孫才藝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G06T7/593
• 分類號: G06T7/593;G06T7/521;G06T7/80;G06T5/00;G06K9/62
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.應(yīng)用于高精度三維測量的單目激光散斑投影系統(tǒng)標(biāo)定及深度估計(jì)方法，利用單目相機(jī)和激光散斑投射器構(gòu)造等效雙目激光散斑投影系統(tǒng)，通過計(jì)算得到相機(jī)和圖像的校正轉(zhuǎn)換矩陣，以及標(biāo)準(zhǔn)參考圖像；根據(jù)雙目立體匹配原理進(jìn)行深度估計(jì)和物體三維數(shù)據(jù)測量，其特征在于，該方法具體步驟如下：

第一步，裝置安裝，采集標(biāo)定圖像

安裝相機(jī)與激光散斑投射器；制作棋盤格標(biāo)定板，調(diào)整標(biāo)定板位置和姿態(tài)，利用相機(jī)采集幅標(biāo)定板散斑圖像；其中，第幅為白板散斑圖像，其余為棋盤格散斑圖像；

第二步，標(biāo)定相機(jī)，散斑點(diǎn)檢測

采用張氏標(biāo)定法標(biāo)定相機(jī)，得到相機(jī)內(nèi)參數(shù)、外參數(shù)和畸變系數(shù)，同時(shí)，對幅標(biāo)定板散斑圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測，得到圖像上散斑點(diǎn)的二維坐標(biāo)；

第三步，同名散斑點(diǎn)匹配

將其余標(biāo)定板散斑圖像與第1幅標(biāo)定板散斑圖像進(jìn)行圖像匹配，得到每幅標(biāo)定板散斑圖像上同名散斑點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系，同名散斑點(diǎn)即激光散斑投射器投射的同一條光線在不同位置姿態(tài)標(biāo)定板上的投影點(diǎn)；

第四步，計(jì)算同名散斑點(diǎn)三維坐標(biāo)，直線擬合

根據(jù)相機(jī)標(biāo)定參數(shù)，求解同名散斑點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下對應(yīng)的三維坐標(biāo)，對同名散斑點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行直線擬合，所有直線相交于一點(diǎn)；

第五步，建立虛擬左、右相機(jī)坐標(biāo)系，計(jì)算圖像極線校正轉(zhuǎn)換矩陣；

第六步，建立虛擬左視圖圖像坐標(biāo)系，計(jì)算虛擬的參考左視圖散斑圖像

確定虛擬左相機(jī)內(nèi)參數(shù)，建立虛擬左視圖圖像坐標(biāo)系，求解虛擬左視圖圖像平面和相機(jī)圖像平面之間的平面單應(yīng)性矩陣；根據(jù)第幅標(biāo)定板散斑圖像計(jì)算虛擬的參考左視圖散斑圖像；

第七步，相機(jī)拍攝物體散斑圖像，根據(jù)相機(jī)畸變參數(shù)進(jìn)行畸變校正，并根據(jù)圖像極線校正轉(zhuǎn)換矩陣對其進(jìn)行極線校正，得到校正后的物體右視圖散斑圖像；

第八步，立體匹配，計(jì)算參考左視圖散斑圖像與極線校正后的物體右視圖散斑圖像的視差圖；

第九步，根據(jù)視差圖和已知參數(shù)，利用三角測量原理計(jì)算物體三維坐標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于高精度三維測量的單目激光散斑投影系統(tǒng)標(biāo)定及深度估計(jì)方法，其特征在于：所述等效雙目激光散斑投影系統(tǒng)，具體為：

（1）激光散斑投射器等效為虛擬左相機(jī)，激光散斑投射器光源點(diǎn)即為虛擬左相機(jī)光心，由光線束擬合相交于一點(diǎn)得到；

（2）相機(jī)校正后等效為虛擬右相機(jī)，虛擬右相機(jī)光心為相機(jī)光心，建立虛擬右相機(jī)坐標(biāo)系，軸方向與基線方向平行，其單位方向向量為；將軸方向定義為相機(jī)軸與軸正交方向，其單位方向向量為，軸與軸、軸正交，其單位方向向量為；

（3）建立的虛擬左相機(jī)坐標(biāo)系與校正后的虛擬右相機(jī)坐標(biāo)系平行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于高精度三維測量的單目激光散斑投影系統(tǒng)標(biāo)定及深度估計(jì)方法，其特征在于：所述圖像極線校正轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算方法為：

在相機(jī)坐標(biāo)系下，相機(jī)坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸方向向量已知，校正后的虛擬右相機(jī)坐標(biāo)系，其光心與相機(jī)光心一致，三個(gè)坐標(biāo)軸方向向量，從而可以計(jì)算虛擬右相機(jī)坐標(biāo)系相對于相機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；則圖像極線校正轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算為。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于高精度三維測量的單目激光散斑投影系統(tǒng)標(biāo)定及深度估計(jì)方法，其特征在于：所述參考左視圖散斑圖像計(jì)算方法為：

首先在采集標(biāo)定圖像時(shí)，相機(jī)拍攝了平面白板的散斑圖像，根據(jù)相機(jī)標(biāo)定所得畸變系數(shù)對其進(jìn)行畸變校正，再根據(jù)圖像極線校正轉(zhuǎn)換矩陣對其進(jìn)行極線校正，使得校正后的圖像極線互相平行，且與虛擬右相機(jī)坐標(biāo)系軸平行；然后再根據(jù)平面誘導(dǎo)的單應(yīng)性矩陣計(jì)算在虛擬左視圖圖像坐標(biāo)系下的參考左視圖散斑圖像。