一种空间圆几何参数的视觉测量方法

摘要

本发明属于测量技术领域，涉及对空间圆几何参数非接触测量方法的改进。本发明基于立体视觉的空间圆多几何参数的非接触高精度同时测量方法，利用极线约束求出圆边缘的实际三维空间坐标，采用基于空间圆最优拟合求取空间圆几何参数。本发明方法减小了空间圆透视投影形状畸变引起的测量误差，提高了基于视觉方法的圆几何参数的测量精度。当被测空间圆所在平面与摄像机图像平面成角度大于50°时，空间圆几何中心测量的3σ重复性精度优于±0.01mm。

主权项

1、一种空间圆多几何参数非接触高精度立体视觉测量方法，其特征在于，测量过程分为标定阶段和测量阶段，进行一次标定后可连续测量，具体步骤如下：1.1、标定阶段：1.1.1、设定靶标，靶标为一个二维平面，靶面上有预先设置的特征点，靶标面为下述结构之一：A、靶标甲，在靶标平面上布满黑白相间的棋盘格，黑白方块的边长为(3～50)mm，其边长精度为(0.001～0.01)mm，黑方块与白方块公有的顶点称为格点，选取靶面上格点作为标定特征点，特征点的数量为16～400个；B、靶标乙，在靶标平面上有成矩阵排列的黑色方块，方块数量为4～100个，方块的边长为(3～50)mm，其边长精度为(0.001～0.01)mm，方块间距为3～50mm，其间距精度为(0.001～0.01)mm，选取每个方块的顶点为特征点；1.1.2、固定好由左摄像机和右摄像机组成的双目立体视觉传感器，打开立体视觉传感器两个CCD摄像机的电源；1.1.3、在两个摄像机的公共视场范围内，自由、非平行地移动靶标至少5个位置，每移动一个位置，左摄像机、右摄像机分别拍摄一幅图像并存储到计算机，靶标的标定特征点应包含在图像内，左摄像机拍摄的图像称为左摄像机标定图像，右摄像机拍摄的图像称为右摄像机标定图像；1.1.4、提取所有左摄像机标定图像中标定特征点的图像坐标，这些坐标称为左摄像机标定特征点图像坐标，提取所有右摄像机标定图像中标定特征点的图像坐标，这些坐标称为右摄像机标定特征点图像坐标，将所有左摄像机标定特征点图像坐标以及其对应的右摄像机标定特征点图像坐标和世界坐标存储到计算机中；1.1.5、利用左摄像机标定特征点图像坐标和对应的世界坐标标定左摄像机内部参数并存储到计算机中；1.1.6、利用右摄像机标定特征点图像坐标和对应的世界坐标标定右摄像机内部参数并存储到计算机中；1.1.7、根据标定的左右摄像机内部参数，分别计算左右标定特征点的归一化图像坐标；1.1.8、利用对应的左右摄像机标定特征点归一化图像坐标，求出双目视觉传感器的本质矩阵以及结构参数并存储到计算机中；1.2、测量阶段：1.2.1、将被测圆孔置于双目立体视觉传感器的测量空间内；1.2.2、由左右摄像机分别采集包括同一空间圆的图像，左摄像机采集的称为左摄像机测量图像，右摄像机采集的称为右摄像机测量图像；1.2.3、根据左右摄像机的畸变模型，分别校正左右摄像机测量图像的畸变，获得无畸变左、右摄像机测量图像；1.2.4、在无畸变左、右摄像机测量图像中，采用图像处理算法，分别自动探取出左右摄像机投影椭圆，并拟合椭圆，存储基本模型参数到计算机中；1.2.5、选取分别过两个椭圆中心的20～100条均匀分布的极线，保证每条极线与椭圆图像边缘交于两点，由极线约束和顺序一致性原则，建立每对边缘对应点的对应匹配关系；1.2.6、根据所建的边缘对应匹配点，由点的立体视觉三维测量模型，求出空间圆边缘点的三维空间坐标，拟合空间圆，由拟合的空间圆求出空间圆的几何中心、半径以及圆所在平面的法向矢量并存储到计算机中。