一种基于达芬奇技术的单目视觉位姿测量方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105957090A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610325745.4(22)申请日2016.05.17(71)申请人中国地质大学(武汉)地址430074湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号(72)发明人张莉君罗小依姜珺李能(74)专利代理机构武汉华旭知识产权事务所42214代理人刘天钰(51)Int.Cl.G06T7/00(2006.01)G06T7/60(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于达芬奇技术的单目视觉位姿测量方法及系统(57)摘要本发明提供了一种基于达芬奇技术的单目视觉位姿测量方法，包括以下步骤：图像二值化：将位姿图像进行二值化，从图像的灰度值方图中把灰度值的集合用阈值T分为两类，确定阈值T；特征点提取：首先提取整张位姿图像中的所有轮廓，根据圆的性质依次检验是否为圆；进行圆曲线拟合，确定圆心，根据圆环面积大小依次排序，找到圆环间位置对应关系；位姿解算：根据前面图像处理得到的特征参数结合相机标定参数求解相对位姿，建立图像坐标与空间位置之间的相互关系，进行位姿解算，即可得到合作目标的位姿信息。该方法具有结构简单、相机标定简单、现场安装、调试容易等优点，同时还避免了立体视觉中视场小、立体匹配难的不足。CN105957090ACN105957090A权利要求书1/2页1.一种基于达芬奇技术的单目视觉位姿测量方法，其特征在于包括以下步骤：(1)图像二值化采用Otsu法将所获取的位姿图像进行二值化，从图像的灰度值方图中把灰度值的集合用阈值T分为两类，然后根据两个类别的平均值方差和各类的方差的比为最大来确定阈值T；(2)特征点提取首先提取整张位姿图像中的所有轮廓，根据圆的性质依次检验是否为圆，若是圆则提取质心；遍历所有的轮廓，判断是否轮廓的像素点总数处于一个范围；通过像素点总数，过滤掉一部分不可能是圆的轮廓；采用RANSAC算法进行圆曲线拟合，确定圆心，根据圆环面积大小依次排序，找到圆环间位置对应关系；(3)位姿解算根据前面图像处理得到的特征参数结合相机标定参数求解相对位姿，建立图像坐标与空间位置之间的相互关系，Ow表示实物空间坐标系，Oc表示相机坐标系原点，(U,V)表示成像平面；从Ow坐标系到(U,V)成像平面之间的转换关系如公式(1)，其中，R和T分别表示相机坐标系和世界坐标系的姿态和位置变换矩阵，f是相机焦距，dx和dy是像元在xy方向上的尺寸，利用提取的合作目标中的圆心坐标和相应的相点坐标构成二维成像平面和三维实物空间匹配点对，结合公式(1)中的相机内外参数矩阵，利用P4P算法进行位姿解算，即可得到合作目标的位姿信息。2.一种基于权利要求1所述方法的位姿测量系统，至少包括合作目标模板、位姿图像采集单元、图像处理单元、电源及显示存储单元，其特征在于：合作目标模板搭载在目标物上，所述的合作目标模板为四个共面的圆环，且四个圆环的面积大小均不相同；所述的位姿图像采集单元为基于USB接口的COMS相机，所述COMS相机中包括图像传感部分、信号读出电路和控制电路，图像传感部分、信号读出电路和控制电路集成在一块芯片上，位姿图像采集单元与图像处理单元相连接，将位姿图像数据通过USB接口输出至图像处理单元；所述的图像处理单元通过USB接口接收位姿图像数据，经智能图像处理算法处理后，将智能算法处理结果和原始图像经网口或串口传输至显示存储模块显示并保存，其中，智能图像处理算法包括图像二值化、特征点提取和位姿解算三部分；所述电源用于给图像处理单元供电；所述图像显示单元与图像处理单元连接，实时接收、显示并存储图像处理单元输出的原始图像数据以及智能算法处理结果，并可对相机参数及存储路径进行设置，通过显示测试系统精度和可靠性。3.根据权利要求2所述的位姿测量系统，其特征在于：所述的图像处理单元采用TI公司的STM320DM8148硬件平台，其内部集成了ARM和DSP的异构双核处理器，ARM处理器搭载Linux操作系统，作为主控处理器，使用内部的USBHost驱动接收摄像头数据，获得完整的2CN105957090A权利要求书2/2页图像或者视频，通过USB接口采集来的图像数据存放在共享内存中；为了优化图像数据在内存中的存储，提高系统的实时处理能力，采用EDMA控制器将DSP需要处理的那一帧数据从共享内存拷贝到DSPdata段，同时将处理完的结果传送回共享内存，便于ARM处理器调用，DSP处理器的CPU只用于图像数据的计算。3CN105957090A说明书1/5页一种基于达芬奇技术的单目视觉位姿测量方法及系统技术领域[0001]本发明提供了一种基于达芬奇技术的单目视觉位姿测量方法及系统，属于视觉检测技术领域。背景