[發明專利]一種基于多源特征數據控制的雙向閉合模式的立體視覺全場測量方法

有效

• 申請號: 202010394496.0
• 申請日: 2020-05-11
• 公開（公告）號: CN111709989B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張貴陽;霍炬;楊明;薛牧遙;王松艷;朱子健;魏亮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06V10/80;G06T5/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

1.一種基于多源特征數據控制的雙向閉合模式的立體視覺全場測量方法，其特征是：包括以下步驟：

步驟1：建立多源特征數據融合框架；

所述步驟1中多源特征數據融合框架包括：特征提取數基轉化層、分類分層、特征數據解析層、特征要素整合層，模型庫信息層、數據交匯層、屬性結構規整層、無損轉換層、測量特征數據對齊層和融合函數層；

所述特征提取數基轉化層進行圖像采集和初始化數據，同矢量數據輸入至分類分層，分類分層將空間三維數據和特征數據輸入至特征數據解析層，特征數據解析層投影或映射至特征要素整合層，特征要素整合層整合二維標量值和內部擾動參數至模型庫信息層，模型庫信息層輸出至數據交匯層，數據交匯層整合局部特征信息更新數據和輔助傳感源信號至數據交匯層，數據交匯層輸出至屬性結構規整層，屬性結構規整層輸出至無損轉換層，無損轉換層輸出至測量特征數據對齊層，特征提取數基轉化層、分類分層、特征數據解析層和測量特征數據對齊層共同輸入至融合函數層；

步驟2：基于多元特征數據融合框架，建立融合函數，對不同類型的特征數據進行融合，得到多源特征數據；

所述步驟2具體為：

步驟2.1：基于多元特征數據融合框架，設定α_i,β_i,...,δ_i是不同類型的特征數據，建立融合函數，通過下式表示融合函數：

其中，X是融合后統一的特征數據，f₁,f₂,...,f_i是不同數據類型對應的映射關系，q是數據類型數量，l,m,n分別是相應的同類特征數據數量，

步驟2.2：分析仿射變換融合后對數學精度的影響，采用多參數矩陣對數據融合前后建立關系：

其中，[μ′?υ′]^T是待分析數據的二維標量值，[μ?υ]^T是數據融合后同名特征點的二維標量值；κ₀,κ₁,κ₂,ρ₀,ρ₁和ρ₂是變換參數；

步驟3：基于多源特征數據，建立雙向閉合視覺測量模式；

所述步驟3具體為：

步驟3.1：記預設特征點像平面上成像特征點坐標集為{χ_i}，重投影像點坐標分為經過多源特征數據融合得到的反饋控制信息的特征坐標集和重投影坐標集分別記為{θ_k}和建立基于多源特征數據的閉合模式的最小化代價方程，通過下式表示所述最小化代價方程：

其中，R為歐式空間旋轉矩陣，t為平移矩陣，M和N分別是預設特征點和控制信息點的數量；

步驟3.2：將空間場景下所有參與運算的特征點云三維坐標信息轉換成像平面坐標，并帶入閉合模式下代價方程中，得到下式：

其中，{ξ_i^w}是預設特征點空間三維坐標集，是多源特征數據三維空間坐標集；

步驟3.3：將建立的閉合模型下的代價方程引入到立體視覺測量系統中，令空間預設點集{ξ_i^w}在左像機光心O_cl與對應成像平面上像點{χ_il}的視線上的投影點為令多源點集在左像機光心O_cl與對應成像平面上像點{θ_kl}的視線上的投影點為則閉合測量回路中所有控制信息點集投影到立體相機系統的歸一化圖像平面得到的像點坐標集可以記為和沿著左相機視線方向的歸一化投影矩陣記為通過下式表示沿著左相機視線方向的歸一化投影矩陣：

確定沿著右相機視線方向的歸一化投影矩陣，通過下式表示沿著右相機視線方向的歸一化投影矩陣：

其中，R_c是兩臺相機間的相對位姿矩陣；

步驟4：基于雙向閉合視覺測量模式，確定特征點云集的最小代價，采用非線性迭代方法進行迭代求解空間目標參數；

所述步驟4具體為：

步驟4.1：根據立體視覺系統投影和立體視覺系統成像設定立體相機系統中的任意兩臺相機參與測量，l、r分別表示左右相機；令對相機獲取的特征點云集進行最小化代價方程轉化，通過下式表示相機獲取的特征點云集的最小化代價方程轉化：

其中，η表示對某一區域測量的階段計數，R_η和T_η則對應為該測量階段的歐式空間位姿矩陣，作為下一個階段測量的輸入信息；

步驟4.2：在完成第η階段測量任務之后，將獲得的數據再次作為系統輸入，進行下一區域和階段的測量，將根據不同相機進行投影所建立的代價方程進行加和，建立立體視覺測量系統閉合模式下的新型最小化代價方程，通過下式表示所述新型最小化代價方程：

通過非線性迭代方法進行迭代求解得到空間目標參數。