專利名稱：基于幾何約束的物體三維姿態(tài)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視覺檢測技術(shù)、物體三維姿態(tài)測量，具體講涉及基于幾何約束的物體
三維姿態(tài)測量方法。
背景技術(shù)：
物體的位置與姿態(tài)測量在三維姿態(tài)測量技術(shù)在航空航天、汽車四輪定位、光筆測量技術(shù)、頭盔瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)、水下機器人懸停定位等工業(yè)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。相比基于磁場的位姿測量方法，機器視覺法由于不受電磁場的干擾而被廣泛的研究。目前對物體三維姿態(tài)進(jìn)行測量的方法大多是直接對表示物體位姿的旋轉(zhuǎn)平移矩陣進(jìn)行求解，這種方法一般面臨兩個問題1進(jìn)行位姿求解特征點的個數(shù)偏多，導(dǎo)致計算過程復(fù)雜；2求解過程中特征點的幾何形狀有特殊要求；這里擬將攝像機坐標(biāo)系作為中介，利用4個非共面特征點，首先求解出定位特征點在攝像機坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，然后再根據(jù)特征點在攝像機坐標(biāo)系下的坐標(biāo)得出物體旋轉(zhuǎn)平移矩陣進(jìn)而得出物體的位姿。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于幾何約束的物體三維姿態(tài)測量方法，滿足現(xiàn)實中物體三維姿態(tài)智能、快速、高精度、低成本的檢測需要，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是， 基于幾何約束的物體三維姿態(tài)測量方法，借助于sigma 二維轉(zhuǎn)臺、兩個攝像機、攝像機支撐架、測量用靶標(biāo)和計算機實現(xiàn)，將兩個攝像機分別固定在各自的支撐架上并根據(jù)轉(zhuǎn)臺的高度調(diào)整攝像機的位置，測量靶標(biāo)為一個立方體除底面外，每個平面上有4個非共面的紅外 LED作為定位特征點，使二維轉(zhuǎn)臺帶動靶標(biāo)做偏轉(zhuǎn)、俯仰兩個自由度的運動，使用兩部攝像機分別從不同角度拍攝定位標(biāo)志，通過計算機采用串口發(fā)送信號至轉(zhuǎn)臺的控制箱，控制轉(zhuǎn)臺的運動，所述方法進(jìn)一步包括如下步驟設(shè)特征點在攝像機坐標(biāo)系下的坐標(biāo)可以表示為if，上標(biāo)c表示攝像機坐標(biāo)系，在靶標(biāo)局部坐標(biāo)系即世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值可以表示為^f，上標(biāo)w表示世界坐標(biāo)系，相應(yīng)的圖像在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)Ii = (xui, yui)T(i取值為0、1、2、3中的一個)，T表示轉(zhuǎn)置，因
uuuum Iiiiin一
此OiJf與%的關(guān)系可以描述為
權(quán)利要求
1. 一種基于幾何約束的物體三維姿態(tài)測量方法，其特征是，借助于sigma 二維轉(zhuǎn)臺、兩個攝像機、攝像機支撐架、測量用靶標(biāo)和計算機實現(xiàn)，將兩個攝像機分別固定在各自的支撐架上并根據(jù)轉(zhuǎn)臺的高度調(diào)整攝像機的位置，測量靶標(biāo)為一個立方體除底面外，每個平面上有4個非共面的紅外LED作為定位特征點，使二維轉(zhuǎn)臺帶動靶標(biāo)做偏轉(zhuǎn)、俯仰兩個自由度的運動，使用兩部攝像機分別從不同角度拍攝定位標(biāo)志，通過計算機采用串口發(fā)送信號至轉(zhuǎn)臺的控制箱，控制轉(zhuǎn)臺的運動，所述方法進(jìn)一步包括如下步驟設(shè)特征點在攝像機坐標(biāo)系下的坐標(biāo)可以表示為廣，上標(biāo)c表示攝像機坐標(biāo)系，在靶標(biāo)局部坐標(biāo)系即世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值可以表示為^f，上標(biāo)w表示世界坐標(biāo)系，相應(yīng)的圖像在
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述采用縮放正交投影模型用來近似實際透視成像模型，從而獲得h的初值，具體為根據(jù)弱透視模型，假設(shè)靶標(biāo)上的4個特征點具有相同的深度將除0號特征點外的特征點垂直投影到經(jīng)過0號點且與CXD成像面平行的平面上，設(shè)為氏，其中s = f/%為縮放因子，可以通過公式(12)計算出s的值，1/s用來作為Iii的初值 'a = (P0P1 + P0P2 + P1P2 X-P0P1 +P0P2+ P1P2)
全文摘要
本發(fā)明腦電及視覺檢測、物體三維姿態(tài)測量。為滿足現(xiàn)實中物體三維姿態(tài)智能、快速、高精度、低成本的檢測，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于幾何約束的物體三維姿態(tài)測量方法，借助于sigma二維轉(zhuǎn)臺、兩個攝像機、攝像機支撐架、測量用靶標(biāo)和計算機實現(xiàn)，將兩個攝像機分別固定在各自的支撐架上并根據(jù)轉(zhuǎn)臺的高度調(diào)整攝像機的位置，測量靶標(biāo)每個平面上有4個非共面的紅外LED作為定位特征點，使二維轉(zhuǎn)臺帶動靶標(biāo)做偏轉(zhuǎn)、俯仰兩個自由度的運動，所述方法是采用在4個非共面特征點的基礎(chǔ)上根據(jù)特征點連線的空間幾何形狀形成的幾何約束以及特征點在CCD像面上坐標(biāo)值求解出特征點在攝像機坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值實現(xiàn)。本發(fā)明主要應(yīng)用于物體三維姿態(tài)測量。
文檔編號G01C11/00GK102261908SQ20111010412
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者孫長庫, 宋佳, 張子淼, 王鵬 申請人:天津大學(xué)