專利名稱：利用單臺(tái)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行鈑金件三維量測(cè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用單臺(tái)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行工業(yè)鈑金件三維量測(cè)的方法，主要應(yīng)用于工業(yè)近景攝影測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)制造技術(shù)的不斷提高和加工工藝的不斷改進(jìn)，對(duì)檢測(cè)手段也提出了越來(lái)越高的要求，例如對(duì)工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的鈑金件的幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要求速度快且精度高?，F(xiàn)有的各類主要三維測(cè)量方法中，大型三維坐標(biāo)量測(cè)設(shè)備測(cè)量精度很高，但價(jià)格昂貴且工作效率較低。莫爾紋法的精度與光柵間距有關(guān)，且僅適應(yīng)表面起伏不明顯的平緩目標(biāo)。牛頓環(huán)常用于檢驗(yàn)光學(xué)元件的表面加工質(zhì)量，該方法精度很高，設(shè)備簡(jiǎn)易，但僅適用于縱深不大的光學(xué)元件。結(jié)構(gòu)光法對(duì)于缺乏紋理的物體是較為有效的一種量測(cè)手段，不過(guò)達(dá)到很高的精度非常困難，還有其他檢測(cè)手段如卡尺、顯微鏡等，均難以兼顧速度與精度兩者之間的矛盾?；谟?jì)算機(jī)視覺的三維測(cè)量系統(tǒng)往往利用多臺(tái)專用攝像機(jī)及結(jié)構(gòu)光投影器等，大大增加了系統(tǒng)成本，并且多臺(tái)攝像機(jī)的標(biāo)定誤差等也會(huì)影響三維量測(cè)的精度。因而目前的現(xiàn)狀是即使在制造業(yè)非常發(fā)達(dá)的日本等國(guó)，工業(yè)鈑金件的幾何尺寸測(cè)量也幾乎靠純?nèi)斯し椒ㄟM(jìn)行，工作效率低，成本很高，只能采用抽樣檢測(cè)的方法，難免存在漏測(cè)及誤測(cè)?？梢哉f(shuō)，成本低廉，精度較高(例如高于0.1mm)的工業(yè)鈑金件自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際上急待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用單臺(tái)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行鈑金件三維量測(cè)的方法，它能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，滿足工業(yè)制造對(duì)測(cè)量精度和速度的要求。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種利用單臺(tái)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行鈑金件三維量測(cè)的方法，包括以下步驟一、獲取工業(yè)鈑金件的圖像。按照下述圖像拍攝方法自動(dòng)獲取工業(yè)鈑金件的10張以上影像，并將影像傳入計(jì)算機(jī)承載轉(zhuǎn)盤上設(shè)置一個(gè)平面，以該平面上標(biāo)記的若干坐標(biāo)已知的特征點(diǎn)(如十字絲的交點(diǎn)、格網(wǎng)點(diǎn))作為平面控制點(diǎn)場(chǎng)，將待測(cè)工業(yè)鈑金件置放于平面控制點(diǎn)場(chǎng)的平面上，經(jīng)過(guò)標(biāo)定的非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)固定于待測(cè)工業(yè)鈑金件上方，數(shù)碼相機(jī)的主光線對(duì)準(zhǔn)工業(yè)鈑金件，承載轉(zhuǎn)盤經(jīng)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，數(shù)碼相機(jī)按等間隔拍攝待測(cè)工業(yè)鈑金件的圖像，每幅影像都實(shí)時(shí)傳入計(jì)算機(jī)。
二、利用邊緣提取和圖像匹配技術(shù)從圖像中提取鈑金件影像的直線，并將所有提取出的影像直線段自動(dòng)保存。
三、利用所有影像中提取的直線段作為輸入數(shù)據(jù)，判斷同一條空間直線段對(duì)應(yīng)的影像直線段數(shù)目，保存至少有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的影像直線段，然后利用攝影測(cè)量原理進(jìn)行鈑金件的高精度三維重建。
四、將三維重建的結(jié)果進(jìn)行可視化顯示，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維量測(cè)。
上述鈑金件的高精度三維重建可采用下述方法利用經(jīng)過(guò)處理后的影像直線段，按照廣義點(diǎn)攝影測(cè)量方法即可進(jìn)行三維重建；鈑金件的每一條空間直線段都用兩個(gè)端點(diǎn)表示，影像直線段的方向大于等于45度時(shí)，采用下面的第一個(gè)公式；而當(dāng)直線段的方向小于45度時(shí)，采用下面的第二個(gè)公式；x=-fa1(X-XS)+b1(Y-YS)+c1(Z-ZS)a2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)]]>當(dāng)|β|≥45°時(shí)y=-fa2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)a2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)]]>當(dāng)|β|＜45°時(shí)其中(X，Y，Z)表示空間直線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，(XS，YS，ZS)表示攝像機(jī)所在的位置，(aibici，i＝1，2，3)表示旋轉(zhuǎn)矩陣，f為攝像機(jī)的焦距，(x，y)為像點(diǎn)坐標(biāo)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)的價(jià)格低廉，量測(cè)速度快，精度較高，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)鈑金件的在線量測(cè)，從而提高效率，保證零件加工制造的質(zhì)量。如果硬件全部由計(jì)算機(jī)控制，則整個(gè)流程可以全自動(dòng)進(jìn)行，耗時(shí)小于3分鐘。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖；圖2為本發(fā)明數(shù)碼相機(jī)相對(duì)于工業(yè)零件和平面控制場(chǎng)位置視圖；圖3為本發(fā)明直線段的廣義點(diǎn)攝影測(cè)量示意圖；圖4為本發(fā)明圓的廣義點(diǎn)攝影測(cè)量示意圖。
具體實(shí)施例方式
在利用非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行工業(yè)鈑金件三維量測(cè)之前，先對(duì)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)標(biāo)定；或直接采用已進(jìn)行過(guò)標(biāo)定(獲取相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變參數(shù)的過(guò)程稱為標(biāo)定)的非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)。
非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)標(biāo)定方法可以是1.現(xiàn)有技術(shù)中的三維控制場(chǎng)標(biāo)定方法或其他標(biāo)定方法。
2.基于二維控制點(diǎn)的標(biāo)定方法a)利用待標(biāo)定的數(shù)碼相機(jī)按照下述方法獲取4張以上控制場(chǎng)的影像；以其上標(biāo)記有若干坐標(biāo)已知的特征點(diǎn)(如圖2中十字絲的交點(diǎn))的平面作為平面控制點(diǎn)場(chǎng)，以垂直于平面控制場(chǎng)的直線作為Z軸，數(shù)碼相機(jī)的主光線與Z軸的夾角不大于30度；沿Z軸與平面控制點(diǎn)場(chǎng)的交點(diǎn)拍照，對(duì)于每張像片，數(shù)碼相機(jī)的位置及三個(gè)旋轉(zhuǎn)角則互不相同；b)利用現(xiàn)有技術(shù)中的邊緣提取和圖像匹配技術(shù)從圖像中提取控制點(diǎn)的影像坐標(biāo)；c)利用已知的控制點(diǎn)平面坐標(biāo)和圖像中提取的影像坐標(biāo)，通過(guò)二維直接線性變換和共線方程間的對(duì)應(yīng)關(guān)系求出數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)外方位元素初值；二維直接線性變換表示的是空間平面和像平面間的映射關(guān)系x=h1X+h2Y+h3h7X+h8Y+1]]>y=h4X+h5Y+h6h7X+h8Y+1]]>其中H＝(h1，h2，h3，h4，h5，h6，h7，h8)T為二維直接線性變換的八個(gè)變換參數(shù)，X，Y為平面控制點(diǎn)空間坐標(biāo)，x，y為相應(yīng)的像坐標(biāo)。當(dāng)像片點(diǎn)數(shù)大于4個(gè)時(shí)，可將上式進(jìn)行適當(dāng)變換，通過(guò)解超定方程AH＝0求得二維直接線性變換參數(shù)；攝影測(cè)量中最常用的共線方程為x-x0=-fa1(X-XS)+b1(Y-YS)+c1(Z-ZS)a3(X-XS)+b3(Y-YS)+c3(Z-ZS)]]>y-y0=-fa2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)]]>其中x0，y0，f為攝像機(jī)的內(nèi)方位元素(主點(diǎn)和焦距)；(XS，YS，ZS)為攝站坐標(biāo)；(X，Y，Z)為物方空間坐標(biāo)；(x，y)為相應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)；R＝{ai，bi，ci，i＝1，2，3}為攝影測(cè)量中常用的旋轉(zhuǎn)角，ω，κ(Y為主軸)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣；對(duì)于平面場(chǎng)而言，坐標(biāo)系建立在控制場(chǎng)中心，則X，Y軸在平面內(nèi)，Z軸與平面垂直，此時(shí)所有控制點(diǎn)的Z坐標(biāo)為零；將共線方程進(jìn)行變換即可得到與二維直接線性變換相同的表達(dá)形式，因而每一項(xiàng)都可由二維直接線性變換參數(shù)表示；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣的性質(zhì)a12+a22+a32=1]]>和b12+b22+b32=1]]>可得(h1h8-h2h7)(h1h7-h72x0+h2h8-h82x0)+(h4h8-h5h7)(h4h7-h72y0+h5h8-h82y0)=0]]>對(duì)于兩張以上像片，利用上式求解主點(diǎn)(x0，y0)的初值；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣的性質(zhì)a1b1+a2b2+a3b3＝0即可導(dǎo)出焦距的求解方程f=-(h1h7x0)·(h2-h8x0)-(h4-h7y0)·(h5-h8y0)h7h8]]>求出主點(diǎn)及焦距的初值后，進(jìn)一步求得外方位元素的初值；在Y為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)下，tanκ=b1b2=h2-h8x0h5-h8y0,]]>sinω＝-b3， 因而三個(gè)旋轉(zhuǎn)角的值都可以唯一確定；解如下線性方程組獲得XS，YS，ZS的初值h3=x0-f(a1Xs+b1Ys+c1Zs)/λh6=y0-f(a2Xs+b2Ys+c2Zs)/λλ=(a3Xs+b3Ys+c3Zs)]]>d)利用已知的控制點(diǎn)平面坐標(biāo)和圖像中提取的影像坐標(biāo)，以及上述求得的數(shù)碼相機(jī)內(nèi)外方位元素初值，按照下述公式所表達(dá)的嚴(yán)密光束法平差原理進(jìn)行數(shù)碼相機(jī)的高精度標(biāo)定，從而求得數(shù)碼相機(jī)內(nèi)外方位元素的精確值；實(shí)現(xiàn)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)標(biāo)定x-x0-Δx=-fxa1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)=-fxX__Z__]]>y-y0-Δy=-fya2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)=-fyY__Z__]]>其中鏡頭畸變差為Δx＝(x-x0)(K1r2+K2r4)+P1(r2+2(x-x0)2))+2P2(x-x0)·(y-y0)Δy＝(y-y0)(K1r2+K2r4)+P2(r2+2(y-y0)2))+2P1(x-x0)·(y-y0)。
利用單臺(tái)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行工業(yè)鈑金件的三維量測(cè)(參見圖1)
1.獲取工業(yè)鈑金件的圖像。工業(yè)鈑金件一般可以看作由許多條直線段組合而成，其影像顯示出很強(qiáng)的直線段特征。
參見圖2，以其上刻有十字絲5的轉(zhuǎn)盤2作為鈑金件4的承載設(shè)備，十字絲5的交點(diǎn)的坐標(biāo)已知，用來(lái)作為求定像片外方位元素的絕對(duì)控制。將待測(cè)工業(yè)鈑金件4置放于承載轉(zhuǎn)盤2上，將經(jīng)標(biāo)定過(guò)的非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)1(相機(jī)的內(nèi)方位元素和畸變參數(shù)均為已知)固定于待測(cè)工業(yè)鈑金件4上方，數(shù)碼相機(jī)的主光線3對(duì)準(zhǔn)工業(yè)鈑金件4，并按等間隔拍攝待測(cè)工業(yè)鈑金件4的圖像；按照上述圖像拍攝方法獲取工業(yè)鈑金件的10張以上影像(如25張)，并將影像傳入計(jì)算機(jī)。
零件承載轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)可以用數(shù)碼相機(jī)的反旋轉(zhuǎn)來(lái)代替，兩種方法獲取的圖像是等價(jià)的。而在數(shù)碼相機(jī)保持固定，承載轉(zhuǎn)盤在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)具有很大優(yōu)勢(shì)，設(shè)備占用的空間小(所需空間只有相機(jī)旋轉(zhuǎn)方式的一半)，有可能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。
2.利用邊緣提取和擬合等圖像處理手段以及圖像匹配技術(shù)從圖像中提取鈑金件影像的直線，并將所有提取出的影像直線段自動(dòng)保存。
3.利用所有影像中提取的直線段作為輸入數(shù)據(jù)，采用現(xiàn)有的直線攝影測(cè)量方法或廣義點(diǎn)攝影測(cè)量方法進(jìn)行鈑金件的高精度三維重建。
廣義點(diǎn)攝影測(cè)量方法如下廣義點(diǎn)攝影測(cè)量模型和傳統(tǒng)的點(diǎn)攝影測(cè)量模型存在著根本的差別，它不再要求空間點(diǎn)和像點(diǎn)間的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且可以適用于任何形狀物體的三維重建。對(duì)于物理點(diǎn)，廣義點(diǎn)攝影測(cè)量模型與傳統(tǒng)的點(diǎn)攝影測(cè)量模型(共線方程)相同，每個(gè)像點(diǎn)觀測(cè)值可以列兩個(gè)誤差方程。對(duì)于直線段、圓、自由曲線等上的點(diǎn)，空間點(diǎn)與像點(diǎn)間不存在嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，每個(gè)像點(diǎn)只能根據(jù)切向量的方向列一個(gè)誤差方程。如圖3所示，×表示空間點(diǎn)在像片上的投影，●表示在x(或y)方向上距離最近的像點(diǎn)，其數(shù)學(xué)模型就是平差后空間點(diǎn)的投影到像點(diǎn)的距離dx(或dy)等于最小。當(dāng)影像直線段的方向大于等于45度時(shí)，采用x方向的誤差方程；而當(dāng)直線段的方向小于45度時(shí)，采用y方向的誤差方程。對(duì)于圓及其他自由曲線上的點(diǎn)，則根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的切向量(例如圖4中的β角)是否大于45度也只有一個(gè)誤差方程。廣義點(diǎn)攝影測(cè)量的數(shù)學(xué)模型可以用下式表示x=-fa1(X-XS)+b1(Y-YS)+c1(Z-ZS)a2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)]]>當(dāng)|β|≥45°時(shí)y=-fa2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)a2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)]]>當(dāng)|β|＜45°時(shí)其中(X，Y，Z)表示空間點(diǎn)坐標(biāo)，(XS，YS，ZS)表示攝像機(jī)所在的位置，(aibici，i＝1，2，3)表示旋轉(zhuǎn)矩陣，f為攝像機(jī)的焦距，(x，y)為像點(diǎn)坐標(biāo)。
4.將三維重建的結(jié)果用OpenGL或DirectX顯示，進(jìn)行半自動(dòng)或全自動(dòng)量測(cè)。
全自動(dòng)是指程序根據(jù)預(yù)先指定的量測(cè)內(nèi)容自動(dòng)計(jì)算，半自動(dòng)則主要是人機(jī)交互利用三維顯示界面進(jìn)行相應(yīng)的量測(cè)。量測(cè)內(nèi)容根據(jù)需要可以是點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離；線與線之間的距離，夾角；面與面之間的距離，夾角；以及點(diǎn)與線，面的距離；線與面的距離，夾角；圓與圓間的同軸度等。
權(quán)利要求
1.一種利用單臺(tái)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行鈑金件三維量測(cè)的方法，其特征是包括以下步驟一、獲取工業(yè)鈑金件的圖像；按照下述圖像拍攝方法獲取工業(yè)鈑金件的10張或以上影像，并將影像傳入計(jì)算機(jī)承載轉(zhuǎn)盤上設(shè)置一個(gè)平面，以該平面上標(biāo)記的若干坐標(biāo)已知的特征點(diǎn)作為平面控制點(diǎn)場(chǎng)，將待測(cè)工業(yè)鈑金件置放于平面控制點(diǎn)場(chǎng)的平面上，經(jīng)過(guò)標(biāo)定的非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)固定于待測(cè)工業(yè)鈑金件上方，數(shù)碼相機(jī)的主光線對(duì)準(zhǔn)工業(yè)鈑金件，承載轉(zhuǎn)盤經(jīng)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，數(shù)碼相機(jī)按等間隔拍攝待測(cè)工業(yè)鈑金件的圖像，每幅影像都實(shí)時(shí)傳入計(jì)算機(jī)；二、利用邊緣提取和圖像匹配技術(shù)從圖像中提取鈑金件影像的直線，并將所有提取出的影像直線段自動(dòng)保存；三、利用所有影像中提取的直線段作為輸入數(shù)據(jù)，判斷同一條空間直線段對(duì)應(yīng)的影像直線段數(shù)目，保存至少有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的影像直線段，然后利用攝影測(cè)量原理進(jìn)行鈑金件的高精度三維重建；四、將三維重建的結(jié)果進(jìn)行可視化顯示，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維量測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是鈑金件的高精度三維重建方法為利用經(jīng)過(guò)處理后的影像直線段，按照廣義點(diǎn)攝影測(cè)量方法即可進(jìn)行三維重建；鈑金件的每一條空間直線段都用兩個(gè)端點(diǎn)表示，影像直線段的方向大于等于45度時(shí)，采用下面的第一個(gè)公式；而當(dāng)直線段的方向小于45度時(shí)，采用下面的第二個(gè)公式；x=-fa1(X-XS)+b1(Y-YS)+c1(Z-ZS)a2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)]]>當(dāng)|β|≥45°時(shí)y=-fa2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)a2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z-ZS)]]>當(dāng)|β|＜45°時(shí)其中(X，Y，Z)表示空間直線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，(Xs，Ys，Zs)表示攝像機(jī)所在的位置，(aibici，i＝1，2，3)表示旋轉(zhuǎn)矩陣，f為攝像機(jī)的焦距，(x，y)為像點(diǎn)坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)的標(biāo)定方法為a)利用待標(biāo)定的數(shù)碼相機(jī)按照下述方法獲取4張以上控制場(chǎng)的影像；以其上標(biāo)記有若干坐標(biāo)已知的特征點(diǎn)的平面作為平面控制點(diǎn)場(chǎng)，以垂直于平面控制場(chǎng)的直線作為Z軸，數(shù)碼相機(jī)的主光線與Z軸的夾角不大于30度；沿Z軸與平面控制點(diǎn)場(chǎng)的交點(diǎn)拍照，對(duì)于每張像片，數(shù)碼相機(jī)的位置及三個(gè)旋轉(zhuǎn)角則互不相同；b)利用現(xiàn)有技術(shù)中的邊緣提取和圖像匹配技術(shù)從圖像中提取控制點(diǎn)的影像坐標(biāo)；c)利用已知的控制點(diǎn)平面坐標(biāo)和圖像中提取的影像坐標(biāo)，通過(guò)二維直接線性變換和共線方程間的對(duì)應(yīng)關(guān)系求出數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)外方位元素初值；二維直接線性變換表示的是空間平面和像平面間的映射關(guān)系x=h1X+h2Y+h3h7X+h8Y+1]]>y=h4X+h5Y+h6h7X+h8Y+1]]>其中H＝(H1，H2，H3，H4，h5，H6，H7，H8)T為二維直接線性變換的八個(gè)變換參數(shù)，X，Y為平面控制點(diǎn)空間坐標(biāo)，x，y為相應(yīng)的像坐標(biāo)。當(dāng)像片點(diǎn)數(shù)大于4個(gè)時(shí)，可將上式進(jìn)行適當(dāng)變換，通過(guò)解超定方程AH＝0求得二維直接線性變換參數(shù)；攝影測(cè)量中最常用的共線方程為x-x0=-fa1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)]]>y-y0=-fa2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)]]>其中X0，y0，f為攝像機(jī)的內(nèi)方位元素(主點(diǎn)和焦距)；(Xs，Yx，Zs)為攝站坐標(biāo)；(X，Y，Z)為物方空間坐標(biāo)；(x，y)為相應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)；R＝{ai，bi，ci，i＝1，2，3}為攝影測(cè)量中常用的旋轉(zhuǎn)角，ω，κ(Y為主軸)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣；對(duì)于平面場(chǎng)而言，坐標(biāo)系建立在控制場(chǎng)中心，則X，Y軸在平面內(nèi)，Z軸與平面垂直，此時(shí)所有平面點(diǎn)的Z坐標(biāo)為零；將共線方程進(jìn)行變換即可得到與二維直接線性變換相同的表達(dá)形式，因而每一項(xiàng)都可由二維直接線性變換參數(shù)表示；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣的性質(zhì)a12+a22+a32=1]]>和b12+b22+b32=1]]>可得(h1h8-h2h7)(h1h7-h72x0+h2h8-h82x0)+(h4h8-h5h7)(h4h7-h72y0+h5h8-h82y0)=0]]>對(duì)于兩張以上像片，利用上式求解主點(diǎn)(x0，y0)的初值；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣的性質(zhì)a1b1+a2b2+a3b3＝0即可導(dǎo)出焦距的求解方程f=-(h1-h7x0)·(h2-h8x0)-(h4-h7y0)·(h5-h8y0)h7h8---(1)]]>求出主點(diǎn)及焦距的初值后，進(jìn)一步求得外方位元素的初值；在Y為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)下，tanκ=b1b2=h2-h8x0h5-h8y0,]]>sinω＝-b3， 因而三個(gè)旋轉(zhuǎn)角的值都可以唯一確定；解如下線性方程組獲得Xs，Ys，Zs的初值h3=x0-f(a1Xs+b1Ys+c1Zs)/λh6=y0-f(a2Xs+b2Ys+c2Zs)/λλ=(a3Xs+b3Ys+c3Zs)]]>d)利用已知的控制點(diǎn)平面坐標(biāo)和圖像中提取的影像坐標(biāo)，以及上述求得的數(shù)碼相機(jī)內(nèi)外方位元素初值，按照攝影測(cè)量中的嚴(yán)密光束法平差原理進(jìn)行數(shù)碼相機(jī)的高精度標(biāo)定，從而求得數(shù)碼相機(jī)內(nèi)外方位元素的精確值；實(shí)現(xiàn)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)標(biāo)定。
全文摘要
利用單臺(tái)非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行工業(yè)鈑金件三維量測(cè)的方法，包括以下步驟獲取工業(yè)鈑金件的圖像；利用邊緣提取和圖像匹配技術(shù)從圖像中提取鈑金件影像的直線，并將所有提取出的影像直線段自動(dòng)保存；利用所有影像中提取的直線段作為輸入數(shù)據(jù)，判斷同一條空間直線段對(duì)應(yīng)的影像直線段數(shù)目，保存至少有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的影像直線段，然后利用攝影測(cè)量原理進(jìn)行鈑金件的高精度三維重建；將三維重建的結(jié)果進(jìn)行可視化顯示，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維量測(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是不需要昂貴的量測(cè)型數(shù)碼相機(jī)，利用普通的非量測(cè)型數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行工業(yè)制造領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的鈑金件的高精度三維量測(cè)。
文檔編號(hào)G01B21/02GK1648600SQ200410061308
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者張永軍, 張劍清, 張祖勛, 吳百川 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)