单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法、装置、系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115014398A(43)申请公布日2022.09.06(21)申请号202210891558.8G06T7/80(2017.01)(22)申请日2022.07.27H04N13/246(2018.01)(71)申请人湖南科天健光电技术有限公司地址410000湖南省长沙市岳麓区长沙高新开发区麓枫路69号金瑞创业基地2楼2009房(72)发明人刘小舟谭兆曹动许凯饶旭何江张建南(74)专利代理机构北京美智年华知识产权代理事务所(普通合伙)11846专利代理师李晨露梁忠益(51)Int.Cl.G01C25/00(2006.01)G01B11/00(2006.01)G06T7/70(2017.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法、装置、系统(57)摘要本发明涉及视觉测量以及图像检测技术领域，提供一种单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法、装置、系统。校准方法包括：单目立体视觉测量系统包括一台相机，该相机运动至2个以上运动位置拍摄被测目标；2个以上运动位置包括：基准运动位置和相对运动位置；向被测目标投射3个以上亮点；该相机运动至2各个以上运动位置，分别拍摄带有3个以上亮点的被测目标图像，提取被测目标图像中的像点，分别将像点进行同名像点匹配；计算相机在各个运动位置拍摄的像点的归一化图像坐标；根据同名像点以及各个运动位置拍摄的像点的归一化图像坐标分别求解出相机相对位置姿态。本方案能够在保证测量相对位置姿态精度的同时不局限于各种应用场合。CN115014398ACN115014398A权利要求书1/3页1.一种单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：单目立体视觉测量系统用于拍摄被测目标，单目立体视觉测量系统包括一台相机，该相机运动至2个以上运动位置拍摄被测目标；2个以上运动位置包括：基准运动位置和相对运动位置，基准运动位置为一个，其余为相对运动位置；向被测目标投射3个以上亮点，3个以上的亮点均在该相机的拍摄范围内；S2：该相机运动至2个以上运动位置，分别拍摄带有3个以上亮点的被测目标图像，提取被测目标图像中3个以上亮点对应的像点，分别将在相对运动位置拍摄的像点与在基准运动位置拍摄的像点进行同名像点匹配；S3：计算相机在各个运动位置拍摄的像点的归一化图像坐标；S4：根据同名像点以及各个运动位置拍摄的像点的归一化图像坐标分别求解出运动至基准运动位置时的相机与运动至相对运动位置时的相机相对位置姿态。2.根据权利要求1所述的单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法，其特征在于，步骤S3中，所述计算相机在各个运动位置拍摄的像点的归一化图像坐标的方法包括：根据相机的内参计算出像点的归一化图像坐标；所述相机的内参包括主点坐标、等效焦距；相机在基准运动位置拍摄的像点归一化图像坐标为：；相机在相对运动位置拍摄的像点归一化图像坐标为：；其中，相机的主点坐标为(Cx,Cy)，相机的等效焦距为(Fx,Fy)，j=1,2,...,m‑1；i=0,1，...，n‑1；m为相机运动位置的数量，n为亮点的数量。3.根据权利要求1所述的单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法，其特征在于，步骤S4中，所述根据同名像点以及各个运动位置拍摄的像点的归一化图像坐标分别求解出运动至基准运动位置时的相机与运动至相对运动位置时的相机相对位置姿态的方法包括：设定相机相对位置姿态的初值；根据基准运动位置和相对运动位置的关系建立相对位置姿态方程；根据所有同名像点列出相对位置姿态方程；根据初值及列出的相对位置姿态方程求解相对位置姿态方程，得到修正值。4.根据权利要求3所述的单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法，其特征在于，所述根据同名像点以及各个运动位置拍摄的像点的归一化图像坐标分别求解出运动至基准运动位置时的相机与运动至相对运动位置时的相机相对位置姿态的方法还包括：得到修正值2CN115014398A权利要求书2/3页后，将修正值作为新的初值继续求解出新的修正值；重复迭代初值并求解出新的修正值，直到重复迭代初值至指定次数和/或前后两次更新的初值计算的误差小于指定阈值、或测量被测目标结束。5.根据权利要求3所述的单目立体视觉测量系统位置姿态校准方法，其特征在于，所述相对位置姿态方程为：；相机在基准运动位置和相对运动位置的相对位置姿态包括平移向量和/或旋转角；其中，平移向量为，旋转矩阵为，旋转角为，旋转矩阵是旋转角的三角函数组合；x、y、z为相互垂直的轴，txj、tyj、tzj表示相机在三个轴方向的移动长度，azj、ayj、axj为相机依次绕z、y、x三个轴旋转的角度，r0j=cosayj×cosazj、r1j=sinaxj×sinayj×cosazj‑cos