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专利号: 2018111845160
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)组建多相机测量系统:安装N个相机,分布在标定目标的四周,使N个相机的视野同时覆盖标定目标的同一区域;

2)基于折射投影模型和光束追踪法的多相机全局标定:利用光束追踪法建立折射投影模型,利用光束法平差的方法和折射投影模型优化多相机系统的外部参数和玻璃折射率;

3)多个相机分别从不同方向捕捉标定目标的图像;

4)利用特征点提取算法来提取图像中的特征点,获得匹配点对,将获得的匹配点对结合相机的内外参数,基于三角测量原理来恢复空间点的坐标,从而每个双目子系统获得测量部分三维点的测量数据。

5)将每个子系统所获得的三维点转换到同一坐标系下,从而得到全局测量的数据;

6)利用已获得的三维点数据,计算间接量。

2.根据权利要求1所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤1)使N个相机的视野同时覆盖标定目标的同一区域,具体包括:在视野同时覆盖区域内放置标定目标,标定目标是一面用棋盘图案印刷的透明玻璃标定板,可以从标定板的两侧清晰地采集到完整棋盘图案的图像,多相机系统中的相机分成两组,I组位于透明玻璃标定板印刷棋盘图案的一侧即标定板正面,可以直接采集到棋盘图案;II组位于透明玻璃标定板印刷棋盘图案的另一侧即标定板背面,可以通过透明玻璃采集到棋盘图案。

3.根据权利要求1所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤2)基于折射投影模型和光束追踪法的多相机全局标定,步骤为:A1)在视野同时覆盖区域内放置标定目标,多相机系统中各台相机同时从不同角度采集标定板图像;

A2)利用光束追踪法建立折射投影模型;

A3)利用传统标定法获取每台相机的内部参数;

A4)获取相机外部参数的初始估计;

A5)利用光束法平差和折射投影模型优化多相机系统的外部参数和玻璃折射率。

4.根据权利要求3所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤A2)利用光束追踪法建立折射投影模型,光束追踪法的具体步骤为:A21)从已知的相机位置到三维点P的连线方向作为初始的入射光线的方向r1k,并求出入射光线与透明玻璃标定板的上表面的交点 作为初始的入射点,其中透明玻璃标定板的上表面为折射面;

A22)已知空气和透明玻璃标定板的折射率,利用公式(1)计算出折射光线的方向其中,空气和玻璃的折射率分别是n1和n2(n2>n1),假设空气的折射率为1,则玻璃的相对折射率为 玻璃的厚度为d,和 分别表示入射光线的方向和折射表面的法向量;

A23)假设有一光线 与折射光线平行且方向相反,从三维点P投射到透明玻璃标定板的上表面;

A24)计算得光线 与透明玻璃标定板的上表面的交点

A25)若 和 之间的距离大于阈值,则将 和 之间连线的中点定义为 作为入射点,回到步骤A22),循环此过程,否则结束过程,此时的入射光线的方向r1k和入射点为最优解。

5.根据权利要求3所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤A3)所述的利用传统标定法获取每台相机的内部参数,步骤为:A31)、从不同角度采集若干张印有棋盘标定图案的图像;

A32)、检测出图像中的特征点;

A33)、利用检测的特征点位置信息获得相机内部参数初值;

A34)、利用下列公式求解相机的畸变系数:

r2=x2+y2     (5)

其中,(xd,yd)是带有畸变的图像坐标,(x,y)是无畸变的图像坐标,1+k1r2+k2r4+k5r6是径向畸变,dx是切向畸变,k1,k2,k5是径向畸变系数,k3,k4是切向畸变系数;

A35)、利用最大似然估计进行优化。

6.根据权利要求3所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤A44)所述的获取相机外部参数的初始估计,包括如下步骤:

1)、利用小孔成像模型计算I组相机外部参数的初始值;

2)、利用直接线性法计算II组相机外部参数的初始值。

7.根据权利要求1所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤4)利用特征点提取算法来提取图像中的特征点步骤为:

1)尺度空间极值检测的步骤:搜索所有尺度上的图像位置。通过高斯微分函数来识别潜在的对于尺度和旋转不变的特征点;

2)关键点的定位步骤:在每个候选的特征点的位置上,通过一个拟合精细的模型来确定位置和尺度,关键点的选择依据于它们的稳定程度;

3)方向确定步骤:使用图像梯度的方法求取该局部结构的稳定方向,以特征点为中心的邻域窗口中进行采样,并用直方图来统计邻域像素的梯度方向;

4)关键点的描述步骤:在每个关键点周围的邻域内,在选定的尺度上测量图像局部的梯度,这些梯度被变换成一种表示,这种表示允许比较大的局部形状的变形和光照变化。

8.根据权利要求7所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤4)的特征点匹配得到匹配点对采用的是基于极线约束关系,在极线上寻找比较与待匹配特征点的相似性来获得匹配点对。

9.根据权利要求8所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤5)得到全局测量的数据,由两台相机从不同角度同时获取目标物体或场景的两幅二维图像并基于三角定理即可计算出物体三维几何信息,通过获得的相机内外参数以及求得的相邻两幅图像之间的匹配点对,求得每个双目视觉子系统所测量的目标物体表面的三维点,由于在获取三维点的过程中,每个双目视觉子系统是以左相机为参考世界坐标系。因此,需要将每个双目视觉子系统所获得的三维点转换到同一坐标系下,从而获得全局目标点云。

10.根据权利要求8所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法,其特征在于,所述步骤6)利用已获得的三维点数据,计算间接量,由不同时刻的物体三维点云的变化,可以求得目标的位移或者形变,从而获得目标物体的全局三维位移场和应变场。