專利名稱：近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維測(cè)量技術(shù)，尤其是一種近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法。
背景技術(shù)：
三維測(cè)量技術(shù)是逆向工程、工業(yè)檢測(cè)、質(zhì)量控制等領(lǐng)域的關(guān)鍵支撐技術(shù)， 傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其測(cè)量精度高(可達(dá)1微米左右)，但一般 對(duì)環(huán)境要求很高，需要專門的測(cè)量室和專用測(cè)量臺(tái)，測(cè)量范圍有限，測(cè)量效率 低，不適合具有復(fù)雜自由曲面物體或大型產(chǎn)品的測(cè)量。
數(shù)字近景攝影測(cè)量繼承了傳統(tǒng)攝影測(cè)量的嚴(yán)密理論與方法，具有相當(dāng)高的 精度與可靠性，且硬件設(shè)施簡(jiǎn)單(除了數(shù)字?jǐn)z像機(jī)外無需任何精密儀器)、測(cè) 量方法靈活，便于現(xiàn)場(chǎng)非接觸測(cè)量，廣泛應(yīng)用于逆向工程、板金成形分析、機(jī) 械制造、物體碰撞特性、建筑等領(lǐng)域的^^測(cè)中。
基于標(biāo)記點(diǎn)目標(biāo)的三維攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)成熟，例如中國發(fā)明專利申請(qǐng)
CN1888820中揭露了一種攝影測(cè)量中特征采樣方法，其包括以下步驟對(duì)需要 三維模型重構(gòu)的零件進(jìn)行三維實(shí)體造型特征分析；根據(jù)零件的基本特征情況確 定采樣的定位面；根據(jù)零件的基本特征情況確定零件定位面的運(yùn)動(dòng)路徑；用二 維工業(yè)CT技術(shù)對(duì)零件定位面及運(yùn)動(dòng)路徑所在截面進(jìn)行斷層測(cè)量，從而得到二 維截面輪廓線和二維運(yùn)動(dòng)路徑；根據(jù)截面輪廓線及路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件三維模型 的重構(gòu)。該方法可以獲得較高的采樣精度、不必采集大量的數(shù)據(jù)即可得到零件 基本特征信息，減少了采樣數(shù)據(jù)，大大提高了處理速度。但基于曲線目標(biāo)的三 維攝影測(cè)量技術(shù)尚有不便之處，現(xiàn)有技術(shù)的流程如下1. 識(shí)別不同視角拍攝的相片上的同名曲線像素點(diǎn)，并用非均勻B樣條擬合
像素點(diǎn)得到同名曲線在各相片上的曲線；
2. 需要用圖像曲線重采樣技術(shù)，得到各相片上曲線的離散像素點(diǎn)；
3. 在各相片上，表示同名曲線的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)通常不相等，故需要用優(yōu)化算 法尋找各相片上表征同名曲線上某點(diǎn)的最佳像素點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)同名曲線上點(diǎn)的匹 配；
4. 最終用基于標(biāo)記點(diǎn)目標(biāo)的三維攝影測(cè)量技術(shù)計(jì)算同名曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)。 若能直接匹配同名曲線在各自相片上用非均勻B樣條擬合得到的曲線，無
需上述第2步與第3步，將避免耗時(shí)的非線性優(yōu)化方程求解過程，并避免圖4象 曲線重采樣過程的精度損失，提升曲線匹配的精度與效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法，可以直接快 速匹配同名曲線在不同視角自相片上用非均勻B樣條擬合得到的曲線，測(cè)定物 體上特征曲線的位置、形狀、大小乃至運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法，包括以下步驟
a. 在被測(cè)物體表面繪制或粘貼標(biāo)記線；
b. 采用編碼標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)識(shí)^皮測(cè)物體標(biāo)記線的起止點(diǎn)；
c. 用數(shù)碼相機(jī)，拍攝不同視角被測(cè)物體的數(shù)字圖像；采用光束平差法精 確計(jì)算編碼標(biāo)記點(diǎn)中心及各次拍攝時(shí)的相機(jī)位置與姿態(tài)；
d. 相機(jī)在不同視角拍攝被測(cè)物體的數(shù)字圖像間的同名點(diǎn)應(yīng)滿足極線約 束；A和A為標(biāo)識(shí):故測(cè)物體標(biāo)記線的起止點(diǎn)的編碼標(biāo)記點(diǎn)，編碼標(biāo)記 點(diǎn)尸;和A在視角左像平面上的投影點(diǎn)分別記為,a與A，在視角右像平面上的投影點(diǎn)分別記為A與&，標(biāo)記線上的某點(diǎn)在視角左像平面上 投影點(diǎn)和在視角右像平面上投影點(diǎn)為該點(diǎn)在兩幅不同視角拍攝圖像中 的同名點(diǎn)/L,w和/^,M，視角左像平面上的極點(diǎn)為A和視角右像平面
上的才及點(diǎn)為標(biāo)記線匹配過程如下
① 計(jì)算平面/y^e,和平面/y^&,以及視角左像平面的交點(diǎn)ei;
② 計(jì)算平面/y^&和平面/y^e,,以及視角右像平面的交點(diǎn)
③ 按指定步長(zhǎng)將直線/y^離散為點(diǎn)集(A, 戶w，…，戶他.，…，a,
(尸/,",戶w…，…)只十應(yīng)木亍i己線的離散點(diǎn)集{凡"."，凡〃《,…，尸，《， ...}。
④求平面Ce,^與視角左像平面上用非均勻B樣條擬合得到的標(biāo)記線的 交點(diǎn)幾,"求平面^;e^與視角右像平面上用非均勻B樣條擬合得到的標(biāo) 記線的交點(diǎn)如此實(shí)現(xiàn)凡,w的匹配(和)
以@步中的方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)記線的離散點(diǎn)集{凡,w， /i,w,…，A油.，…) 的匹配，
⑥采用光束法平差法計(jì)算標(biāo)記線的離散點(diǎn)集{戶鵬i7,戶鵬i,…，
...}的坐標(biāo)，并用非均勻B樣條擬合(Pl,Pmarkl, Pmark2,…，
Pmarki,…，P2},得到標(biāo)記線數(shù)學(xué)表達(dá)式。 本發(fā)明的附加技術(shù)方案如下
優(yōu)選地，所述的特征線為物體表面上起關(guān)鍵作用的輪廓邊與型面控制線等 曲線，在被測(cè)物體表面繪制或粘貼的標(biāo)記線表示待測(cè)的特征線。
優(yōu)選地，在步驟b中按指定步長(zhǎng)將標(biāo)記線兩端點(diǎn)形成的直線段離散為點(diǎn)集， 過該點(diǎn)集中的點(diǎn)得到與標(biāo)記線兩端點(diǎn)所形成的直線垂直的平面集，通過該平面 集離散標(biāo)記線。
優(yōu)選地，在步驟c中采用單個(gè)或多個(gè)數(shù)碼相機(jī)，在不同視角拍攝被測(cè)物體 的數(shù)字圖像。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明不需要采用圖像曲線重采樣技術(shù)和優(yōu)化算法尋 找不同視角相片上表示同名曲線上某點(diǎn)的最佳像素點(diǎn)，直接解決同名曲線在不 同視角相片上組成點(diǎn)的匹配問題，既避免耗時(shí)的非線性優(yōu)化方程求解過程，又 避免圖像曲線重采樣過程的精度損失，提升了曲線匹配的精度與效率。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖1是本發(fā)明近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法具體實(shí)施例的示意圖。 其中
1為標(biāo)記點(diǎn)A, 2為標(biāo)記點(diǎn)A, 3為與AA垂直的平面Plane, 4為以/y^ 為端點(diǎn)的標(biāo)記線，5為視角左像平面，6視角右像平面，7為Plane與尸A的交 點(diǎn)8為標(biāo)記線與Plane的交點(diǎn)凡,化9為凡^.在視角左像平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn) 10為/^,.h在視角右像平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)11為視角左像平面上的極點(diǎn)
12為視角右像平面上的極點(diǎn)e,， 13為基線，14為直線段/V^。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法的具體實(shí)施例， 包含以下步驟
1. 按CAD建模技術(shù)原理，在被測(cè)物體表面(包括其輪廓)繪制或粘 貼標(biāo)記線，使其在顏色亮度上明顯區(qū)別于被測(cè)物體本色，以利于圖像識(shí)別；
2. 采用編碼標(biāo)記點(diǎn)(通過圖像處理可按標(biāo)記點(diǎn)的編碼信息識(shí)別標(biāo)記 點(diǎn))，標(biāo)識(shí)被測(cè)物體標(biāo)記線的起止點(diǎn)，自動(dòng)識(shí)別標(biāo)記線；
3. 用一個(gè)或多個(gè)數(shù)碼相機(jī)，在不同視角拍攝被測(cè)物體的數(shù)字圖像； 采用光束平差法精確計(jì)算編碼標(biāo)記點(diǎn)中心及各次拍攝時(shí)的相機(jī)位置與姿4. 不同視角拍攝被測(cè)物體的數(shù)字圖像間的同名點(diǎn)應(yīng)滿足極線約束； 如圖所示，A和A為編碼標(biāo)記點(diǎn)1和2，編碼標(biāo)記點(diǎn)1和2在一見角左^象平面 5與視角右像平面6上的投影點(diǎn)分別記為/^與A/p^與標(biāo)記線4上 某點(diǎn)8 (即標(biāo)記線與平面3的交點(diǎn)凡w)在視角左像平面5上投影點(diǎn)9,在 視角右像平面6上投影點(diǎn)10, 9和10為8在兩幅不同視角拍攝圖像中的 同名點(diǎn)凡,^和^,^, 11和12分別為視角左像平面5上的極點(diǎn)^和視角右 {象平面6上的才及點(diǎn)則標(biāo)記線匹配過程如下
① 計(jì)算平面7y^^和平面/y^e"以及視角左像平面5的交點(diǎn)a;
② 計(jì)算平面AAe,和平面/y^e,，以及視角右像平面6的交點(diǎn)
③ 按指定步長(zhǎng)將直線/y^離散為點(diǎn)集(A,尸w,…，凡y,…，/y, d…，戶油…)對(duì)應(yīng)標(biāo)記線的離散點(diǎn)集{A駅"，U,…，凡，",， -}。
④ 求平面L.e力e,與視角左像平面上用非均勻B樣條擬合得到的標(biāo)記線 的交點(diǎn)A一"；求平面A,^e,與視角右像平面上用非均勻B樣條擬合得到的 標(biāo)記線的交點(diǎn)如此實(shí)現(xiàn)凡〃h的匹配(凡,m和凡rw)
⑤ 以第四步方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)記線的離散點(diǎn)集(/Lw, /^必，…，A油.，…) 的匹配，
采用光束法平差法計(jì)算標(biāo)記線的離散點(diǎn)集{…， 尸腦rh'， ...}的坐標(biāo)，并用非均勻B樣條擬合(尸,，/Lw,…，A油.，…， 乃},得到標(biāo)記線數(shù)學(xué)表達(dá)式。
本發(fā)明與現(xiàn)有以曲線為目標(biāo)的三維攝影測(cè)量技術(shù)不同，本發(fā)明直接匹配同 名曲線在不同視角相片上像素點(diǎn)擬合而得的二維曲線，即通過編碼標(biāo)記點(diǎn)解得 不同視角兩相片的極點(diǎn)得到基線，而過基線的平面與不同視角兩相片上的二維 曲線交點(diǎn)即為同名點(diǎn)，故，無需采用圖像曲線重采樣技術(shù)得到各相片上曲線的 離散像素點(diǎn)，同時(shí)也無需采用優(yōu)化算法尋找不同視角相片上表示同名曲線上某點(diǎn)的最佳像素點(diǎn)(解決不同視角相片上表示同名曲線的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)通常不相等 所導(dǎo)致的曲線匹配技術(shù)難題)。
因此，本發(fā)明避免耗時(shí)的非線性優(yōu)化方程求解過程，并避免圖像曲線重采 樣過程的精度損失，提升了曲線匹配的精度與效率。
在上述實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的特征線為物體表面上起關(guān)鍵作用的輪廓
線。優(yōu)選地，在步驟b中按指定步長(zhǎng)將標(biāo)記線兩端點(diǎn)形成的直線段離散為點(diǎn)集， 過該點(diǎn)集中的點(diǎn)得到與標(biāo)記線兩端點(diǎn)所形成的直線垂直的平面集，通過該平面 集離散標(biāo)記線并實(shí)施權(quán)利要求1所述的標(biāo)記線匹配。優(yōu)選地，在步驟C中釆用 單個(gè)或多個(gè)數(shù)碼相機(jī)，在不同視角拍攝被測(cè)物體的數(shù)字圖像。
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互 相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除 非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非 特別敘述，每個(gè)特征只是一 系列等效或類似特征中的 一個(gè)例子而已。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中 披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何 新的組合。
權(quán)利要求
1、一種近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法，包括以下步驟a.在被測(cè)物體表面繪制或粘貼標(biāo)記線；b.采用編碼標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)識(shí)被測(cè)物體標(biāo)記線的起止點(diǎn)；c.用數(shù)碼相機(jī)，拍攝不同視角被測(cè)物體的數(shù)字圖像；采用光束平差法精確計(jì)算編碼標(biāo)記點(diǎn)中心及各次拍攝時(shí)的相機(jī)位置與姿態(tài)；d.相機(jī)在不同視角拍攝被測(cè)物體的數(shù)字圖像間的同名點(diǎn)應(yīng)滿足極線約束；P1和P2為標(biāo)識(shí)被測(cè)物體標(biāo)記線的起止點(diǎn)的編碼標(biāo)記點(diǎn)，編碼標(biāo)記點(diǎn)P1和P2在視角左像平面上的投影點(diǎn)分別記為P1L與P2L，在視角右像平面上的投影點(diǎn)分別記為P1R與P2R，標(biāo)記線上的某點(diǎn)在視角左像平面上投影點(diǎn)和在視角右像平面上投影點(diǎn)為該點(diǎn)在兩幅不同視角拍攝圖像中的同名點(diǎn)PmarkiL和PmarkiR，視角左像平面上的極點(diǎn)為eL和視角右像平面上的極點(diǎn)為eR，標(biāo)記線匹配過程如下①計(jì)算平面P1P1LeL和平面P2P2LeL，以及視角左像平面的交點(diǎn)eL；②計(jì)算平面P1P1ReR和平面P2P2ReR，以及視角右像平面的交點(diǎn)eR；③按指定步長(zhǎng)將直線P1P2離散為點(diǎn)集{P1，Pin1，Pin2，...，Pini，...，P2}，{Pin1，Pin2，...，Pini，...}對(duì)應(yīng)標(biāo)記線的離散點(diǎn)集{Pmark1，Pmark2，...，Pmarki，...}；④求平面PinieLeR與視角左像平面上用非均勻B樣條擬合得到的標(biāo)記線的交點(diǎn)PmarkiL；求平面PinieLeR與視角右像平面上用非均勻B樣條擬合得到的標(biāo)記線的交點(diǎn)PmarkiR；如此實(shí)現(xiàn)Pmarki的匹配(PmarkiL和PmarkiR)；⑤以④步中的方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)記線的離散點(diǎn)集{Pmark1，Pmark2，...，Pmarki，...}的匹配；⑥采用光束法平差法計(jì)算標(biāo)記線的離散點(diǎn)集{Pmark1，Pmark2，...，Pmarki，...}的坐標(biāo)，并用非均勻B樣條擬合{P1，Pmark1，Pmark2，...，Pmarki，...，P2}，得到標(biāo)記線數(shù)學(xué)表達(dá)式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法，其特征在于 所述的特征線為物體表面上起關(guān)鍵作用的輪廓邊與型面控制線等曲線，在被測(cè) 物體表面繪制或粘貼的標(biāo)記線表示待測(cè)的特征線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法，其特征在于 在步驟b中，按指定步長(zhǎng)將標(biāo)記線兩端點(diǎn)形成的直線段離散為點(diǎn)集，過該點(diǎn)集 中的點(diǎn)得到與標(biāo)記線兩端點(diǎn)所形成的直線垂直的平面集，通過該平面集離散標(biāo) 記線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法，其特征在 于在步驟c中采用單個(gè)數(shù)碼相機(jī)或多個(gè)數(shù)碼相機(jī)，在不同視角拍攝被測(cè)物體 表面上的編碼標(biāo)記點(diǎn)與標(biāo)記線的數(shù)字圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近景攝影測(cè)量的特征線自動(dòng)匹配方法，以便于物體表面上起關(guān)鍵作用的輪廓邊與型面控制線等曲線的非接觸測(cè)量。該方法無需采用圖像曲線重采樣技術(shù)和優(yōu)化算法尋找不同視角相片上表示同名曲線上某點(diǎn)的最佳像素點(diǎn)，直接解決同名曲線在不同視角相片上組成點(diǎn)的匹配問題，既避免耗時(shí)的非線性優(yōu)化方程求解過程，又避免圖像曲線重采樣過程的精度損失，提升了曲線匹配的精度與效率。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101561269SQ20091005941
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者張征宇 申請(qǐng)人:張征宇