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一種雙目視覺傳感器的消隱特征約束標(biāo)定方法及裝置的制造方法

文檔序號:8378757閱讀:626來源:國知局
一種雙目視覺傳感器的消隱特征約束標(biāo)定方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機視覺技術(shù),具體涉及一種雙目視覺傳感器的消隱特征約束標(biāo)定 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙目視覺傳感器主要由兩臺攝像機組成,以光學(xué)三角法為基礎(chǔ),基于立體視差原 理,完成公共視場內(nèi)的特征點、特征線等的三維測量。由于雙目視覺測量具有非接觸、速度 快、系統(tǒng)柔性好、測量精度高等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于三維模型重建、物體表面輪廓三維信息測 量以及物體關(guān)鍵幾何參數(shù)測量等領(lǐng)域。
[0003] 雙目視覺傳感器的測量模型參數(shù)的標(biāo)定是雙目視覺傳感器能否應(yīng)用成功的關(guān)鍵, 主要包括攝像機內(nèi)部參數(shù)的標(biāo)定和傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)定。攝像機內(nèi)部參數(shù)不隨兩臺攝 像機之間結(jié)構(gòu)而改變,可以離線標(biāo)定,而傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)則不同,容易受到安裝過程的影 響,需要在線標(biāo)定。
[0004] 目前雙目視覺傳感器模型參數(shù)的標(biāo)定方法主要有:①基于已知三維坐標(biāo)的三維 靶標(biāo)法,如馬頌德在"計算機視覺一計算理論與算法基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2003" 中所述;②基于未知運動平面圓孔靶標(biāo)法,見周富強文章"雙目視覺傳感器的現(xiàn)場標(biāo)定技 術(shù)[J].儀器儀表學(xué)報,2000,21(2) :142-145";③基于未知運動一維靶標(biāo)法,張廣軍的"基 于標(biāo)準(zhǔn)長度的立體視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法.2001年航空工業(yè)測控技術(shù)學(xué)術(shù)交流會: 259~263"、周富強的"基于未知運動一維靶標(biāo)的雙目視覺傳感器標(biāo)定[J].機械工程學(xué) 報,2006, 42(6) :92-96"和孫軍華的"大視場雙目視覺傳感器的現(xiàn)場標(biāo)定[J].光學(xué)精密工 程,2009, 17(3) :633-640"均屬此類;④基于特征點匹配的雙目視覺傳感器自標(biāo)定方法, 以 R. I. Hartley 在文章"Estimation of relative camera positions for uncalibrated cameras,In Proc. European Conference on Computer Vision,LNCS 588,pages 579-587. Springer Verlag,1992"中所提出方法為典型代表。三維靶標(biāo)法由于不同平面對光照的相 互影響,只能在特定位置才能獲得高質(zhì)量標(biāo)定圖像,且三維靶標(biāo)加工難度大、制作成本高, 所以該方法在工程中的應(yīng)用受到限制?;谖粗\動平面圓孔靶標(biāo)法,計算過程為求解非 線性方程根的迭代過程,計算量大、計算過程復(fù)雜?;谖粗\動一維靶標(biāo)法,雖然精度較 高、實現(xiàn)方便,但是求解過程需多次矩陣變換和非線性方程迭代求根,使得計算復(fù)雜性高、 計算誤差大?;谔卣鼽c匹配的攝像機自標(biāo)定方法,標(biāo)定的高精度需以圖像特征點提取的 高精度和高匹配率為基礎(chǔ),在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下這一點是很難保證的。另外,還有一些其他 標(biāo)定方法,如李明哲在文章"基于計算機視覺的板材曲面3維測量系統(tǒng)"提出的基于BP神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雙目視覺傳感器標(biāo)定方法,但未給出標(biāo)定精度;馬永壯在"一種基于雙目主動視覺 的線性自標(biāo)定算法"提出了基于雙目主動視覺的自標(biāo)定方法,但要求兩攝像機之間存在純 平移關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 文章"Parallel-based calibration method for line-structured light vision sensor [J]. Optical Engineering, 2014, 53 (3): 033101-033101. " 中利用平行線消 隱特征完成了結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定。在此工作的啟發(fā)下,本發(fā)明提出了一種利用平行 線平面靶標(biāo)(至少3條等間距平行線)完成雙目視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定的新方法,目的 在于能夠在所需靶標(biāo)易于加工制造、操作過程簡單有效、計算過程簡便快捷且無需輔助設(shè) 備的前提下完成雙目視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的高精度標(biāo)定。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種雙目視覺傳感器的消隱特征約束標(biāo)定方法,該方 法包括如下步驟:
[0007] 步驟1、根據(jù)測量對象,固定左右攝像機的位置,標(biāo)定過程中,兩攝像機的參數(shù)和位 置保持不變,利用張正友標(biāo)定方法完成左右攝像機內(nèi)部參數(shù)的標(biāo)定;
[0008] 步驟2、將平行線靶標(biāo)放置在左右攝像機的公共視場內(nèi),即測量空間內(nèi),利用標(biāo)定 好的左右攝像機獲取靶標(biāo)圖像,通過移動靶標(biāo)得到足夠數(shù)量的靶標(biāo)圖像,過程中靶標(biāo)平面 與左右攝像機的圖像平面需有一定夾角,以保證消隱線可以精確求解;
[0009] 步驟3、根據(jù)步驟1中標(biāo)定出的攝像機畸變系數(shù)對靶標(biāo)圖像進(jìn)行畸變矯正;在靶標(biāo) 圖像上利用基于hessian矩陣的子像素級邊緣提取算法提取直線上特征點,通過最小二乘 擬合得到直線方程;
[0010] 步驟4、利用從靶標(biāo)圖像上提取的直線方程計算消隱線,求解靶標(biāo)平面在攝像機坐 標(biāo)系下的法線方向,由靶標(biāo)平面的法線方向在左右攝像機坐標(biāo)系下的表示完成雙目視覺傳 感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)R的計算,利用平行線束共面且間距為D的約束,計算結(jié)構(gòu)參數(shù)T ;
[0011] 步驟5、以步驟4中線性求解的R、T為初值,利用平行線間距約束和靶標(biāo)平面法線 方向在左右攝像機坐標(biāo)系下的一致性進(jìn)行整體優(yōu)化,得到最終標(biāo)定結(jié)果。
[0012] 本發(fā)明另外提供一種雙目視覺傳感器的消隱特征約束標(biāo)定裝置,該裝置包括:平 面靶標(biāo)、數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分和穩(wěn)壓電源;其中:
[0013] 所述的平面靶標(biāo)包括左右攝像機內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定用棋盤格平面靶標(biāo)和雙目視覺傳 感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定用平行線靶標(biāo);
[0014] 所述的數(shù)據(jù)采集部分由左右兩臺攝像機組成的雙目視覺傳感器拍攝平面靶標(biāo),得 到多張靶標(biāo)圖像;
[0015] 所述的數(shù)據(jù)處理部分包括硬件和軟件,其中硬件由一套計算機系統(tǒng)組成,軟件包 括攝像機內(nèi)參數(shù)標(biāo)定軟件和雙目視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定軟件,攝像機內(nèi)參數(shù)標(biāo)定軟件完 成棋盤格靶標(biāo)圖像上棋盤格角點的提取和攝像機內(nèi)參數(shù)求解,雙目視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo) 定軟件完成平行線靶標(biāo)圖像上直線的提取和結(jié)構(gòu)參數(shù)求解;
[0016] 所述的穩(wěn)壓電源用于給所述的平面靶標(biāo)、所述的數(shù)據(jù)采集部分與所述的數(shù)據(jù)處理 部分提供工作電壓,其供電電壓由所述的平面靶標(biāo)、所述的數(shù)據(jù)采集部分與所述的數(shù)據(jù)處 理部分輸入電壓確定。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為:
[0018] 1)、本發(fā)明中提出的一種雙目視覺傳感器的消隱特征約束標(biāo)定方法及裝置,采用 帶有一組間距為D的平行線的平面靶標(biāo),在測量空間內(nèi)自由擺放至少兩次,由兩個攝像機 獲取多幅靶標(biāo)圖像。相對已有的標(biāo)定方法,該方法所需的靶標(biāo)加工制造容易,標(biāo)定過程簡單 有效,適合線上標(biāo)定。
[0019] 2)、此外,本發(fā)明提出的雙目視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法,實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù) R和平移向量參數(shù)T的分步求解,降低了計算的難度和復(fù)雜性?;诳臻g直線絕對距離約束 和同一靶標(biāo)平面的法線方向在左右攝像機坐標(biāo)系下的一致性建立目標(biāo)優(yōu)化函數(shù),以線性方 法求出的參數(shù)為初值,采用非線性的方法進(jìn)行整體優(yōu)化,保證了求解結(jié)果為全局最優(yōu)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明一種雙目視覺傳感器的消隱特征約束標(biāo)定方法流程圖;
[0021] 圖2為攝像機內(nèi)參標(biāo)定用棋盤格靶標(biāo);
[0022] 圖3為雙目視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定模型示意圖;
[0023] 圖4為平行線靶標(biāo)圖像示意圖;
[0024] 圖5為景物為一組等間距平行線時消隱線位置示意圖;
[0025] 圖6為平面Si
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