[發明專利]一種單臺智能手機免標定的空間點坐標測量方法

在審

• 申請號: 202110299543.8
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113091607A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 趙祚喜;朱裕昌;謝超世;邱志;張壯壯;林旭;黃淵;曹陽陽
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

本發明涉及一種單臺智能手機免標定的空間點坐標測量方法，架設手機三腳架并夾緊智能手機，合適位置布置長度已知的輔助測量棒；打開智能手機的相機拍攝測量圖像并獲取圖像中輔助測量棒兩端像素坐標；根據相似三角形原理，由智能手機相機的焦距、輔助測量棒的真實長度與測量圖像中的輔助測量棒的長度計算空間點的深度，深度位于手機相機坐標系z軸方向；獲取測量圖像中待測空間點的像素坐標，根據相似三角形原理，由待測空間點的像素坐標、智能手機相機的焦距、深度計算空間點在手機相機坐標系下x、y軸方向的坐標值。采用一臺智能手機完成測量，免去相機標定，設備復雜程度低，測量成本低，測量原理及步驟簡單，屬于視覺測量技術領域。

技術領域

本發明涉及視覺測量技術，具體涉及一種單臺智能手機免標定的空間點坐標測量方法。

背景技術

空間點三維坐標測量是一項非常重要的技術，該技術廣泛應用于生產制造、工程測量等行業，采用的測量方式包括三坐標機、激光跟蹤儀、全站儀、視覺測量等，其中視覺測量方式可分為雙目視覺測量和單目視覺測量。

雙目測量空間點三維坐標可良好地測量空間點深度信息，但是設備的復雜程度高、測量視場小，并且必須進行相機的標定獲取兩臺相機間的位置姿態關系。單目測量視場大，設備少易操作，但是難以良好地還原空間點深度信息。另外，單目視覺測量方法往往需要設置復雜的合作標靶輔助測量，從而導致測量方法難以廣泛使用。

現階段，智能手機具有強大的圖像采集能力，鏡頭畸變小，但卻鮮有當作圖像采集設備用于視覺測量。常見的視覺測量在測量時均需要對圖像采集設備進行標定，獲取其內、外參數用于后續的測量，而智能手機所采集的圖像包含詳細的圖像信息，例如焦距，為智能手機用于視覺測量時免標定奠定了基礎。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種單臺智能手機免標定的空間點坐標測量方法，只需使用單臺智能手機并且無需標定即可完成空間點三維坐標測量。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種單臺智能手機免標定的空間點坐標測量方法，包括如下步驟：步驟一：架設手機三腳架并夾緊智能手機，合適位置布置長度已知的輔助測量棒；步驟二：打開智能手機的相機拍攝測量圖像并獲取測量圖像中輔助測量棒兩端的像素坐標；步驟三：根據相似三角形原理，由智能手機相機的焦距、輔助測量棒的真實長度與測量圖像中的輔助測量棒的長度計算空間點的深度，深度位于手機相機坐標系z軸方向；步驟四：獲取測量圖像中待測空間點的像素坐標，根據相似三角形原理，由待測空間點的像素坐標、智能手機相機的焦距、步驟三所求的深度計算空間點在手機相機坐標系下x、y軸方向的坐標值。

作為一種優選，步驟一中，合適位置的選取滿足：輔助測量棒與待測空間點處于同一測量平面；通過水平儀調整手機三腳架使得智能手機的相機成像平面與測量平面平行。

作為一種優選，步驟一中，輔助測量棒的布置方式為粘貼、懸掛或豎立。

作為一種優選，步驟一中，輔助測量棒為長度已知的直棒。輔助測量棒包括但不限于木棒、金屬棒等。

作為一種優選，步驟二中，測量圖像包括完整的輔助測量棒和待測空間點。

作為一種優選，開展步驟三之前，智能手機打開所拍攝的測量圖像，查看測量圖像的詳細信息，獲取拍攝時的焦距f與圖像分辨率，其中圖像分辨率中兩邊邊長的一半即為主點坐標。

作為一種優選，步驟三中，相似三角形原理計算公式如下：

其中，l_img為拍攝的測量圖像中輔助測量棒的長度；L_rea為輔助測量棒在空間中實際的長度；f為拍攝測量圖像時的手機相機焦距，通過查看測量圖像詳細信息獲得；Z為測量平面到手機相機光心的距離，即待測空間點的深度或待測空間點在手機相機坐標系下的Z軸方向的坐標值；