專利名稱：光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù) 的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)三維測量是信息光學(xué)研究的前沿技術(shù)，具有非接觸、無破壞、數(shù)據(jù)獲取速度 快、操作簡單等優(yōu)勢，因此，光學(xué)三維測量技術(shù)在機(jī)器視覺、自動加工、工業(yè)在線檢測、產(chǎn)品 質(zhì)量控制、實(shí)物仿形、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，受測量環(huán)境、被測物體和測量 設(shè)備本身的限制，單次測量只能獲得被測物體有限區(qū)域的數(shù)據(jù)，要得到被測物體輪廓的完 整數(shù)據(jù)需要通過變換不同的測量角度進(jìn)行多次測量，也稱多視測量。由于每次測量角度的 變化，導(dǎo)致得到的多視測量數(shù)據(jù)無法直接統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系下，將多個視點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)統(tǒng) 一到同一坐標(biāo)系下這一過程稱之為配準(zhǔn)。目前，實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)主要采用以下幾種方法
(1)、提取形狀特征法從測得的多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取相應(yīng)的曲率或形狀等特征，利用 這些特征實(shí)現(xiàn)多視數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。但這一過程運(yùn)算量大、運(yùn)算速度慢、運(yùn)算精度低，而且，有些 待測物體特征不明顯，因此，采用這一方法對待測物體進(jìn)行三維測量有很大的局限性，可靠 性沒有保證。(2)、輔助裝置測量法借助關(guān)節(jié)臂、運(yùn)動平臺等輔助裝置檢測被測物體與測量設(shè) 備之間的相對運(yùn)動，直接獲得多視數(shù)據(jù)間的坐標(biāo)變換關(guān)系。但是，輔助裝置的使用不僅提高 了整個測量系統(tǒng)的成本，而且增加了其復(fù)雜度。并且測量系統(tǒng)的工作范圍受限制，無法對較 大型被測物體進(jìn)行三維測量。(3)、特征標(biāo)記點(diǎn)配準(zhǔn)法在被測物體表面做出特征標(biāo)記點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)兩組測量數(shù)據(jù) 在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行坐標(biāo)統(tǒng)一，要保證至少三個公共特征標(biāo)記點(diǎn)在兩次測量中能夠被識別 出來。但是，受到觀測角度的影響，多次測量同一公共標(biāo)志點(diǎn)時，對公共標(biāo)記點(diǎn)的識別存在 一定的偏差，導(dǎo)致出現(xiàn)誤差傳遞，使配準(zhǔn)的結(jié)果具有累積誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決特征標(biāo)記點(diǎn)測量法中對公共標(biāo)記點(diǎn)的測量存在偏差的問 題，提供了一種光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法。本發(fā)明是通過下述方案予以實(shí)現(xiàn)的，光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配 準(zhǔn)方法，所述方法基于一個包括有采集裝置和計算機(jī)控制裝置的硬件系統(tǒng)平臺，待測物體 上粘貼有標(biāo)記點(diǎn)作為待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)，計算機(jī)控制裝置控制采集裝置分別從N個視點(diǎn) 采集待測物體的測量數(shù)據(jù)信息，獲得N組待測物體的二維測量數(shù)據(jù)，從中提取出N組待測物 體特征標(biāo)記點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)，將其恢復(fù)為N組待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)，其 中，N為采集裝置采集待測物體的視點(diǎn)數(shù)目，且N為大于1的整數(shù)；
N個視點(diǎn)采集的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的方法 將第一個視點(diǎn)作為目標(biāo)視點(diǎn)，第二個視點(diǎn)作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)，從目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)及待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)中識別出 M1個待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)，所述目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù) 作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，所述待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)作為待轉(zhuǎn)換數(shù) 據(jù)；
進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的過程為將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)，將這 個配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)作為下一次配準(zhǔn)的目標(biāo)數(shù)據(jù)；
選擇第i個視點(diǎn)作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)，從目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù) 及待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)中識別出Mi個待測物體公共特征標(biāo) 記點(diǎn)，所述待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)作為待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后 重復(fù)上述數(shù)據(jù)配準(zhǔn)過程，直到所有視點(diǎn)都作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)完成數(shù)據(jù)配準(zhǔn)為止，其中，i=3、 4、……N，MpMi為大于2的整數(shù);
所述的將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的方法具體為
步驟一、根據(jù)待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)，計算機(jī)控制裝置計算出將Mi個公共特征標(biāo)記點(diǎn) 從待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)時的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，將所述的旋轉(zhuǎn)矩陣以單位四 元數(shù)的形式存儲，且單位四元數(shù)的實(shí)數(shù)分量為正，單位四元數(shù)與平移向量構(gòu)成坐標(biāo)變換向 量；
步驟二、根據(jù)待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)，將Mi個公共特征標(biāo)記點(diǎn)的待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)投影到目 標(biāo)視點(diǎn)所對應(yīng)的平面上，獲得Mi個投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)，令一個投影圖像 公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)為查，
該公共特征標(biāo)記點(diǎn)在目標(biāo)視點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)為X，將步驟一中獲得的坐標(biāo)變換向 量作為待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量,
步驟三、根據(jù)成像原則，投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)、與待優(yōu)化的坐標(biāo)變換 向量的關(guān)系表示為i =n Pn )，計算公共特征標(biāo)記點(diǎn)在目標(biāo)視點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)
為X與投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐檸力Z間的偏差為e = 到，其中，/(·)為投 影函數(shù)；
步驟四、判斷步驟三中所述的偏差e是否在預(yù)先設(shè)定的允許偏差范圍內(nèi)，判斷結(jié)果為 是，執(zhí)行步驟六，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟五；
步驟五、利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量 ，修正待優(yōu)化的坐標(biāo) 變換向量4 ,修正后的待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量ft =A)+4，并將所述的修正后的待優(yōu)化的 坐標(biāo)變換向量Λ定義為待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量A，返回步驟三；
步驟六、將待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量定義為優(yōu)化后的坐標(biāo)變換向量P ,執(zhí)行步驟七；
步驟七、根據(jù)步驟六中獲得的優(yōu)化后的坐標(biāo)變換向量P ,將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，得到 配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)。本發(fā)明中所述的識別出的M個公共特征標(biāo)記點(diǎn)的個數(shù)至少為3，用以保證能夠?qū)?現(xiàn)多組測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)統(tǒng)一。本發(fā)明步驟三中所述的單位四元數(shù)的實(shí)數(shù)分量為正，采用本發(fā)明所述的限定方式能夠保證四元數(shù)表示的旋轉(zhuǎn)矩陣與原旋轉(zhuǎn)矩陣的一一對應(yīng)的關(guān)系，原旋轉(zhuǎn)矩陣表示法在運(yùn) 算過程中，旋轉(zhuǎn)矩陣的三角函數(shù)存在多值性和奇異性，易導(dǎo)致迭代計算的次數(shù)增加，甚至?xí)?出現(xiàn)不收斂的情況。本發(fā)明所述的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法將特征標(biāo)記點(diǎn)配準(zhǔn)法與光束平差法進(jìn)行結(jié)合，在 每兩組測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)過程中，均對公共標(biāo)記點(diǎn)的測量偏差進(jìn)行消除，使其在允許的范圍 內(nèi)，進(jìn)而達(dá)到減小在多視點(diǎn)測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)過程中，由于誤差傳遞產(chǎn)生的累積誤差。采用 本發(fā)明所述的方法不增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，僅在原有光學(xué)三維測量系統(tǒng)基礎(chǔ)上利用三維特征 標(biāo)志點(diǎn)計算坐標(biāo)變換的初始值，利用光束平差法精確的計算坐標(biāo)變換向量和三維標(biāo)志點(diǎn)坐 標(biāo)。本發(fā)明具有運(yùn)算量小、可靠性高、測量范圍不受限制、測量方法簡單易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢。


圖1是具體實(shí)施方式
一所述的將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的方法的流程 圖；圖2是具體實(shí)施方式
四所述的利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量I 的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實(shí)施方式。光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云 數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法，所述方法基于一個包括有采集裝置和計算機(jī)控制裝置的硬件系 統(tǒng)平臺，待測物體上粘貼有標(biāo)記點(diǎn)作為待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)，計算機(jī)控制裝置控制采集裝 置分別從N個視點(diǎn)采集待測物體的測量數(shù)據(jù)信息，獲得N組待測物體的二維測量數(shù)據(jù)，從中 提取出N組待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)，將其恢復(fù)為N組待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的 三維測量數(shù)據(jù)，其中，N為采集裝置采集待測物體的視點(diǎn)數(shù)目，且N為大于1的整數(shù)；
N個視點(diǎn)采集的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的方法 將第一個視點(diǎn)作為目標(biāo)視點(diǎn)，第二個視點(diǎn)作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)，從目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體特 征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)及待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)中識別出 M1個待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)，所述目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù) 作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，所述待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)作為待轉(zhuǎn)換數(shù) 據(jù)；
進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的過程為將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)，將這 個配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)作為下一次配準(zhǔn)的目標(biāo)數(shù)據(jù)；
選擇第i個視點(diǎn)作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)，從目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù) 及待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)中識別出Mi個待測物體公共特征標(biāo) 記點(diǎn)，所述待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)作為待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后 重復(fù)上述數(shù)據(jù)配準(zhǔn)過程，直到所有視點(diǎn)都作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)完成數(shù)據(jù)配準(zhǔn)為止，其中，i=3、 4、……N，MpMi為大于2的整數(shù);
所述的將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的方法具體為
步驟一、根據(jù)待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)，計算機(jī)控制裝置計算出將Mi個公共特征標(biāo)記點(diǎn) 從待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)時的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，將所述的旋轉(zhuǎn)矩陣以單位四 元數(shù)的形式存儲，且單位四元數(shù)的實(shí)數(shù)分量為正，單位四元數(shù)與平移向量構(gòu)成坐標(biāo)變換向量；
步驟二、根據(jù)待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)，將Mi個公共特征標(biāo)記點(diǎn)的待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)投影到目 標(biāo)視點(diǎn)所對應(yīng)的平面上，獲得Mi個投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)，令一個投影圖像 公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)為S ,該公共特征標(biāo)記點(diǎn)在目標(biāo)視點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)為
X，將步驟一中獲得的坐標(biāo)變換向量作為待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量A ；
步驟三、根據(jù)成像原則，投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)f與待優(yōu)化的坐標(biāo)變換
向量A的關(guān)系表示為i =f(P、、)，計算公共特征標(biāo)記點(diǎn)在目標(biāo)視點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)
為χ與投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)為g之間的偏差為e = 到，其中，/(·)為投 影函數(shù)；
步驟四、判斷步驟三中所述的偏差e是否在預(yù)先設(shè)定的允許偏差范圍內(nèi)，判斷結(jié)果為 是，執(zhí)行步驟六，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟五；
步驟五、利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量4 ,修正待優(yōu)化的坐標(biāo) 變換向量凡，修正后的待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量ft =A)+4，并將所述的修正后的待優(yōu)化的 坐標(biāo)變換向量，(定義為待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量A ,返回步驟三；
步驟六、將待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量定義為優(yōu)化后的坐標(biāo)變換向量，執(zhí)行步驟七；
步驟七、根據(jù)步驟六中獲得的優(yōu)化后的坐標(biāo)變換向量P ,將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，得到 配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)。本實(shí)施方式中所述的識別出的M個公共特征標(biāo)記點(diǎn)的個數(shù)至少為3，用以保證能 夠?qū)崿F(xiàn)多組測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)統(tǒng)一。本實(shí)施方式步驟一中所述的單位四元數(shù)的實(shí)數(shù)分量為正，采用本實(shí)施方式所述的 限定方式能夠保證四元數(shù)表示的旋轉(zhuǎn)矩陣與原旋轉(zhuǎn)矩陣的一一對應(yīng)的關(guān)系，原旋轉(zhuǎn)矩陣表 示法在運(yùn)算過程中，旋轉(zhuǎn)矩陣的三角函數(shù)存在多值性和奇異性，易導(dǎo)致迭代計算的次數(shù)增 加，甚至?xí)霈F(xiàn)不收斂的情況。本實(shí)施方式所述的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法將特征標(biāo)記點(diǎn)配準(zhǔn)法與光束平差法進(jìn)行結(jié) 合，在每兩組測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)過程中，均對公共標(biāo)記點(diǎn)的測量偏差進(jìn)行消除，使其在允許的 范圍內(nèi)，進(jìn)而達(dá)到減小在多視點(diǎn)測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)過程中，由于誤差傳遞產(chǎn)生的累積誤差。采 用本實(shí)施方式所述的方法不增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，僅在原有光學(xué)三維測量系統(tǒng)基礎(chǔ)上利用三 維特征標(biāo)志點(diǎn)計算坐標(biāo)變換的初始值，利用光束平差法精確的計算坐標(biāo)變換向量和三維標(biāo) 志點(diǎn)坐標(biāo)。本實(shí)施方式具有運(yùn)算量小、可靠性高、測量范圍不受限制、測量方法簡單易于實(shí) 現(xiàn)等優(yōu)勢。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一所述的光學(xué)三維測量中多視點(diǎn) 云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法的進(jìn)一步限定，所述的采集裝置是CCD攝像頭。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一所述的光學(xué)三維測量中多視 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法的進(jìn)一步限定，步驟一中，所述的旋轉(zhuǎn)矩陣是一個3X3的矩 陣，所述的平移向量是一個3X1的向量，所述的單位四元數(shù)是一個4X1的向量，所述的由 單位四元數(shù)與平移向量構(gòu)成的坐標(biāo)變換向量是一個7X1的向量。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖2具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式是對具體實(shí) 施方式一所述的光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法的進(jìn)一步限定，步驟五
中，所述的利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量 的方法為
步驟五一、在待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量A處，對于待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量， 將投影函數(shù)/Od+ 展開為一階Taylor多項(xiàng)式
f (P0 + >/(P0HJS31 Bf(P0)
其中，為雅可比矩陣"^^，所述的投影函數(shù),^+ ，即為修正后的待優(yōu)化的坐
標(biāo)變換向量Λ在平面上的投影；
步驟五二、計算公共特征標(biāo)記點(diǎn)的目標(biāo)數(shù)據(jù)的二維坐標(biāo)χ與修 正后的待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量Λ在平面上的投影f (P0+ )的差值， Ilx-/(A) + 哪巧||=丨丨" || ；
步驟五三、為使得步驟五二中所述的丨>-/(A)+ )11最小，則令與J正交，即 Jr(e-JSp) = O ；
步驟五四、整理步驟五三中的等式= O ,獲得形式如下Zja = J^ ； 步驟五五、將步驟五四中獲得的整理后的等式轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)型方程，(Jr J+^iyssi=Jrs
9
其中，/為單位陣，私為單位陣系數(shù)，且私>0 ；
步驟五六、根據(jù)步驟七五中得到的增強(qiáng)型方程，待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量 為 Sp =-if J+ ulf f e。采用本實(shí)施方式所述的利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量 的方法，具有計算量小、易于實(shí)現(xiàn)、可靠性高、無誤差傳遞的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
四所述的光學(xué)三維測量中多視點(diǎn) 云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法的進(jìn)一步補(bǔ)充說明，步驟五中，還包括以下步驟
記錄利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量的運(yùn)算次數(shù)，當(dāng)所述的
運(yùn)算次數(shù)超過預(yù)設(shè)值時，執(zhí)行結(jié)束指令。本實(shí)施方式中利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量 當(dāng)計算 待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量&的運(yùn)算次數(shù)超過預(yù)設(shè)值時，跳出循環(huán)。
權(quán)利要求
光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法，所述方法基于一個包括有采集裝置和計算機(jī)控制裝置的硬件系統(tǒng)平臺，待測物體上粘貼有標(biāo)記點(diǎn)作為待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)，計算機(jī)控制裝置控制采集裝置分別從N個視點(diǎn)采集待測物體的測量數(shù)據(jù)信息，獲得N組待測物體的二維測量數(shù)據(jù)，從中提取出N組待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)，將其恢復(fù)為N組待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)，其中，N為采集裝置采集待測物體的視點(diǎn)數(shù)目，且N為大于1的整數(shù)；N個視點(diǎn)采集的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的方法將第一個視點(diǎn)作為目標(biāo)視點(diǎn)，第二個視點(diǎn)作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)，從目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)及待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)中識別出M1個待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)，所述目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，所述待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)作為待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的過程為將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)，將這個配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)作為下一次配準(zhǔn)的目標(biāo)數(shù)據(jù)；選擇第i個視點(diǎn)作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)，從目標(biāo)視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)及待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)中識別出Mi個待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)，所述待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)的待測物體公共特征標(biāo)記點(diǎn)的三維測量數(shù)據(jù)作為待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后重復(fù)上述數(shù)據(jù)配準(zhǔn)過程，直到所有視點(diǎn)都作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)完成數(shù)據(jù)配準(zhǔn)為止，其中，i=3、4、……N，M1、Mi為大于2的整數(shù)；其特征是所述的將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的方法具體為步驟一、根據(jù)待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)，計算機(jī)控制裝置計算出將Mi個公共特征標(biāo)記點(diǎn)從待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)時的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，將所述的旋轉(zhuǎn)矩陣以單位四元數(shù)的形式存儲，且單位四元數(shù)的實(shí)數(shù)分量為正，單位四元數(shù)與平移向量構(gòu)成坐標(biāo)變換向量；步驟二、根據(jù)待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)及目標(biāo)數(shù)據(jù)，將Mi個公共特征標(biāo)記點(diǎn)的待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)投影到目標(biāo)視點(diǎn)所對應(yīng)的平面上，獲得Mi個投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)，令一個投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)為，該公共特征標(biāo)記點(diǎn)在目標(biāo)視點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)為x，將步驟一中獲得的坐標(biāo)變換向量作為待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量；步驟三、根據(jù)成像原則，投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)與待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的關(guān)系表示為=f()，計算公共特征標(biāo)記點(diǎn)在目標(biāo)視點(diǎn)的二維測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)為x與投影圖像公共特征標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)為之間的偏差為，其中，f(·)為投影函數(shù)；步驟四、判斷步驟三中所述的偏差e是否在預(yù)先設(shè)定的允許偏差范圍內(nèi)，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟六，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟五；步驟五、利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量，修正待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量，修正后的待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量，并將所述的修正后的待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量定義為待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量，返回步驟三；步驟六、將待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量定義為優(yōu)化后的坐標(biāo)變換向量，執(zhí)行步驟七；步驟七、根據(jù)步驟六中獲得的優(yōu)化后的坐標(biāo)變換向量，將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，得到配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)。 645311dest_path_image001.jpg,850028dest_path_image002.jpg,672097dest_path_image001.jpg,527926dest_path_image002.jpg,147389dest_path_image003.jpg,839401dest_path_image002.jpg,966626dest_path_image001.jpg,113180dest_path_image004.jpg,464396dest_path_image005.jpg,643704dest_path_image002.jpg,810506dest_path_image006.jpg,375348dest_path_image007.jpg,913777dest_path_image002.jpg,86043dest_path_image002.jpg,555070dest_path_image008.jpg,725151dest_path_image008.jpg
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法，其特征 在于所述的采集裝置是CXD攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法，其特征 在于步驟一中，所述的旋轉(zhuǎn)矩陣是一個3X3的矩陣，所述的平移向量是一個3X1的向量， 所述的單位四元數(shù)是一個4X1的向量，所述的由單位四元數(shù)與平移向量構(gòu)成的坐標(biāo)變換 向量是一個7X1的向量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法，其特征在于步驟五中，所述的利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量&的方法 為步驟五一、在待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量A1處，對于待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量 ， 將投影函數(shù)/Ch展開為一階Taylor多項(xiàng)式df C^n )其中，7為雅可比矩陣"^^，所述的投影函數(shù)" ，即為修正后的待優(yōu)化的坐 Jdp0J (JjO +^fJ標(biāo)變換向量辦在平面上的投影；步驟五二、計算公共特征標(biāo)記點(diǎn)的目標(biāo)數(shù)據(jù)的二維坐標(biāo)χ與修 正后的待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量在平面上的投影+ 的差值， Ilx--/(P0 + )IHlχ — /O0) + JS11 !HIe — JS Il ；步驟五三、為使得步驟五二中所述的II*-/(A)+4)11最小，則令〃-^^與j正交，即 Jr(e — JSp) = O ；步驟五四、整理步驟五三中的等式■/“-/今)=。，獲得形式如下=Jre ； 步驟五五、將步驟五四中獲得的整理后的等式轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)型方程，(JTJ + Ml)S =Jre 其中力單位陣，#為單位陣系數(shù)，且A'> Cl ;步驟五六、根據(jù)步驟五五中得到的增強(qiáng)型方程，待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量的變化量1為 δ --(Jr J -l· β )"1 Jre。
全文摘要
光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)方法，屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，解決特征標(biāo)記點(diǎn)測量法中對公共標(biāo)記點(diǎn)的測量存在偏差的問題。數(shù)據(jù)配準(zhǔn)過程為將待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)，將配準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)作為下一次配準(zhǔn)的目標(biāo)數(shù)據(jù)；選擇第i個視點(diǎn)作為待配準(zhǔn)視點(diǎn)，該視點(diǎn)的待測物體的二維測量數(shù)據(jù)作為待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，然后重復(fù)上述數(shù)據(jù)配準(zhǔn)過程，直到所有視點(diǎn)都作為待轉(zhuǎn)換視點(diǎn)完成數(shù)據(jù)配準(zhǔn)為止；配準(zhǔn)過程中利用光束平差法計算待優(yōu)化的坐標(biāo)變換向量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了光學(xué)三維測量中多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局優(yōu)化配準(zhǔn)，適用于待測物體三維測量。
文檔編號G01B11/24GK101901502SQ20101025536
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者何萬濤, 周波, 孟祥林, 趙燦 申請人:黑龍江科技學(xué)院