一种三维视觉现场测量量值传递方法及装置

摘要

本发明属于三维视觉检测技术，涉及对三维视觉现场测量量值传递方法的改进。对于摄像机或双目系统，随机移动靶标平面，对于每一个位置的靶标平面，先测量其中任意三个不共线的特征点的空间坐标，求出靶标平面坐标系与经纬仪坐标系之间的转换关系，从而得到一系列标定点的空间三维坐标。本发明相对于立体靶标，所用的平面靶标难度小，成本低；相对于移动平面靶标法，本发明的标定精度高；相对于设置特征点法，本发明的操作过程简单，工作量小，更适于现场应用。

主权项

1、一种三维视觉现场测量量值传递方法，其特征在于，使用由一个平面靶标和双电子经纬仪构成的测量装置，平面靶标提供标定用特征点，双电子经纬仪用来测量平面靶标上特征点的三维空间坐标，以确定靶标平面坐标系与经纬仪坐标系之间的转换关系，具体方法是：1.1、对于摄像机或双目系统，主要是利用一系列靶标标定点的三维空间坐标及其二维图像坐标标定摄像机的针孔成像模型，即：$\rho \left[\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right]=A\left[\begin{array}{cc}R& T\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\\ 1\end{array}\right]$ 其中，A为摄像机内部参数矩阵，R为旋转矩阵，T为平移向量；在标定空间内随机移动靶标平面，对于每一个位置的靶标平面，靶标坐标系Xb与经纬仪坐标系Xj之间的转换关系表示为： Xj＝RbXb+Tb (1)利用经纬仪测量靶标上任意三个不共线的特征点的空间坐标，可以求得 [Rb Tb]＝BHT(HHT)-1 (2)其中，$H=\left[\begin{array}{ccc}{X}_{1b}& X_{2b}& X_{3b}\\ 1& 1& 1\end{array}\right]---\left(3\right)$ B＝X1j X2j X3j (4)Xib为点i(i＝1，2，3)在靶标坐标系下的三维坐标，Xij为点i(i＝1，2，3)在经纬仪坐标系下的三维坐标，则根据式1可以求出靶标上其它特征点在经纬仪坐标系下的三维坐标；根据这些标定点的三维空间坐标及其二维图像坐标，利用Tsai的非共面算法就可以标定出摄像机或双目系统的结构参数；1.2、对于结构光传感器，除了标定摄像机的结构参数以外，还需要利用交比不变标定结构光光平面方程，即： a·xw+b·yw+c·zw+d＝0 (5)交比不变的原理为：平面π1上有三条非重合直线AiBiCi(i＝1，2，3)，直线D1D2D3与这三条直线分别交于点D1、D2、D3，通过透视投影中心O，它们在平面π2上的像分别为Ai′Bi′Ci′和D1′D2′D3′，共线四点的交比定义为：$r(A,B,C,D)=\frac{\mathrm{AC}}{\mathrm{CB}}/\frac{\mathrm{AD}}{\mathrm{DB}}---\left(6\right)$ 根据透视投影变换下交比不变原理，有下式成立： r(Ai，Bi，Ci，Di)＝r′(Ai′，Bi′，Ci′，Di′) (7)则根据点Ai、Bi、Ci及点Ai′、Bi′、Ci′、Di′的坐标，利用式7即可求得Di 的坐标；在标定空间内随机移动靶标平面，对于每一个位置的靶标平面，先根据式2，利用靶标上任意三个不共线标定点的空间坐标求出靶标坐标系与经纬仪坐标系之间的空间转换关系，然后利用交比不变，求出靶标平面上光条中心点在靶标坐标系下的坐标，并根据式1，求出这些点在经纬仪坐标系下的空间坐标，最后利用最小二乘法对结构光光平面进行拟合。