一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法

摘要

本发明面向实际工程应用，采用合理设计测量系统、充分利用模型约束和冗余特征点互验证等技术手段，提出了一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，可以实现两个物体间相对位置和相对姿态的测量，能够适用于复杂多变的背景和光照条件。本发明包括以下四个步骤：1、以摄像机作为测量传感器，配合特殊的点特征合作标志器组成测量系统；2、利用摄像机摄取包含合作标志器的图像，通过图像处理找到满足标志器模型约束的特征点图像区域组合作为候选标志器；3、利用P3P测量方法实现两个物体间相对位置和相对姿态的计算；4、采用冗余信息互验证方法获得最终测量结果。本发明解决3点特征单目视觉测量的多解问题、计算速度问题和稳定性问题，提高测量精度。

主权项

一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，其特征在于，用于实现两个物体间相对位置和相对姿态的测量，包括以下步骤：在主动物体上安装摄像机，在被动物体上安装点特征合作标志器；标定出摄像机的图像坐标系与主动物体坐标系间的变换关系，并测量出合作标志器上各特征点在安装点特征合作标志器的被动物体坐标系下的三维坐标；利用摄像机摄取包含合作标志器的图像，通过图像处理找到满足标志器模型约束的特征点图像区域组合作为候选标志器，并计算出每组候选标志器上各特征点的图像坐标；利用P3P测量方法计算主动物体坐标系与被动物体坐标系间相对位置和相对姿态；采用冗余信息互验证方法获得最终测量结果；所述冗余信息互验证方法包括以下步骤：根据特征点冗余信息验证每个候选标志器的有效性，计算出该候选标志器的测量结果，通过该验证的候选标志器记为有效标志器；对最终得到的有效标志器测量结果进行比较，得到最终测量结果；所述验证每个候选标志器的有效性包括以下步骤：在该候选标志器中，利用全部或高鲁棒性的可计算特征点组合进行验证；对于选出的任意一组可计算特征点组合，利用P3P测量方法计算出相对位置和姿态；根据标志器模型可以得到该候选标志器上其余特征点的计算图像坐标，并与实际图像坐标比较得到图像坐标误差值；设置一个合理的特征点图像坐标阈值T1，只有所有点的图像坐标误差值都小于阈值时，才说明该组可计算特征点是有效的，得到一组相对位置和姿态。