專利名稱：一種物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理領(lǐng)域，尤其涉及測(cè)量技術(shù)，特別涉及物體表面的三維數(shù)據(jù)測(cè)量，具體的是一種物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，采用攝像系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行三維視覺測(cè)量。但是，外部環(huán)境、攝像系統(tǒng)及測(cè)量方法都會(huì)引入較大的噪聲，從而影響最終的測(cè)量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，所述的這種物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中外部環(huán)境、攝像系統(tǒng)及測(cè)量方法對(duì)三維視覺測(cè)量引入較大噪聲的技術(shù)問題。本發(fā)明的這種物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其中，通過攝像機(jī)對(duì)物體拍攝一張照片，分析該照片上的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的高度信息，獲得高度圖，對(duì)所述的高度圖建立空間域的卡爾曼濾波模型，通過高度圖中每一個(gè)像素周圍點(diǎn)的高度值來預(yù)測(cè)中心點(diǎn)的估計(jì)高度，通過所述的中心點(diǎn)的觀測(cè)高度及估計(jì)高度使用卡爾曼濾波模型進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得一個(gè)優(yōu)化的高度并將所述的優(yōu)化的高度作為下一次運(yùn)算使用的觀測(cè)高度，當(dāng)對(duì)該點(diǎn)的鄰居采用同樣的基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算后，該點(diǎn)的高度變化也會(huì)間接的影響到它的鄰居點(diǎn)的高度調(diào)整量。正因?yàn)楦鱾€(gè)鄰居點(diǎn)的相互調(diào)整，通過對(duì)整幅高度圖的所有點(diǎn)依次進(jìn)行一次基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算，可以對(duì)整幅圖進(jìn)行一次高度的調(diào)整，該調(diào)整使得整個(gè)高度圖趨向于測(cè)量物體的真實(shí)高度。噪聲得到很好的抑制，總體方差大幅的下降。采用同樣的方法對(duì)所述的高度圖進(jìn)行兩次以上的基于卡爾曼濾波模型的迭代運(yùn)算，使得最后的高度圖可靠地反應(yīng)物體的真實(shí)高度，總體方差下降到可接受范圍內(nèi)。進(jìn)一步的，通過相鄰點(diǎn)的高度信息獲得中心點(diǎn)高度的估計(jì)值。進(jìn)一步的，將卡爾曼濾波在時(shí)間域內(nèi)前后時(shí)刻的狀態(tài)信息調(diào)整的使用擴(kuò)展到空間分布中的一個(gè)點(diǎn)與其相鄰點(diǎn)之間的應(yīng)用。進(jìn)一步的，三維表面的優(yōu)化過程中使用且只使用一幅圖像。進(jìn)一步的，通過采用兩次以上的同樣的基于卡爾曼濾波模型的迭代運(yùn)算，獲得經(jīng)過優(yōu)化的能夠反應(yīng)測(cè)量物體真實(shí)高度的方法。進(jìn)一步的，任意一次應(yīng)用基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算得到的結(jié)果值均是下一次運(yùn)算的測(cè)量值。本發(fā)明和已有技術(shù)相比較，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明利用攝像機(jī)取得物體表面圖像，通過分析獲得該圖像上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度圖，對(duì)此高度圖建立空間域的卡爾曼濾波模型，通過高度圖中每一個(gè)像素周圍點(diǎn)的高度值來預(yù)測(cè)中心點(diǎn)的估計(jì)高度。進(jìn)一步通過該中心點(diǎn)的觀測(cè)高度及估計(jì)高度，使用卡爾曼濾波模型進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得一個(gè)優(yōu)化的高度并作為下一次運(yùn)算使用的觀測(cè)高度。當(dāng)對(duì)該點(diǎn)的鄰居采用同樣的基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算后，該點(diǎn)的高度變化也會(huì)間接的影響到它的鄰居點(diǎn)的高度調(diào)整量。正因?yàn)楦鱾€(gè)鄰居點(diǎn)的相互調(diào)整，通過對(duì)整幅高度圖的所有點(diǎn)依次進(jìn)行一次基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算，可以對(duì)整幅圖進(jìn)行一次高度的調(diào)整，該調(diào)整使得整個(gè)高度圖趨向于測(cè)量物體的真實(shí)高度。噪聲得到很好的抑制，總體方差大幅的下降。


圖1是本發(fā)明的物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法中的迭代次數(shù)與總體方差的趨勢(shì)圖。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中優(yōu)化前的物體的三維高度圖。圖3是圖2經(jīng)過優(yōu)化后的三維高度圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本發(fā)明的物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其中，通過攝像機(jī)對(duì)物體拍攝一張照片，分析該照片上的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的高度信息，獲得高度圖，對(duì)所述的高度圖建立空間域的卡爾曼濾波模型，通過高度圖中每一個(gè)像素周圍點(diǎn)的高度值來預(yù)測(cè)中心點(diǎn)的估計(jì)高度，通過所述的中心點(diǎn)的觀測(cè)高度及估計(jì)高度使用卡爾曼濾波模型進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得一個(gè)優(yōu)化的高度并將所述的優(yōu)化的高度作為下一次運(yùn)算使用的觀測(cè)高度，當(dāng)對(duì)該點(diǎn)的鄰居采用同樣的基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算后，該點(diǎn)的高度變化也會(huì)間接的影響到它的鄰居點(diǎn)的高度調(diào)整量。正因?yàn)楦鱾€(gè)鄰居點(diǎn)的相互調(diào)整，通過對(duì)整幅高度圖的所有點(diǎn)依次進(jìn)行一次基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算，可以對(duì)整幅圖進(jìn)行一次高度的調(diào)整，該調(diào)整使得整個(gè)高度圖趨向于測(cè)量物體的真實(shí)高度。噪聲得到很好的抑制，總體方差大幅的下降。采用同樣的方法對(duì)所述的高度圖進(jìn)行兩次以上的基于卡爾曼濾波模型的迭代運(yùn)算，使得最后的高度圖可靠地反應(yīng)物體的真實(shí)高度，總體方差下降到可接受范圍內(nèi)。進(jìn)一步的，通過相鄰點(diǎn)的高度信息獲得中心點(diǎn)高度的估計(jì)值。進(jìn)一步的，將卡爾曼濾波在時(shí)間域內(nèi)前后時(shí)刻的狀態(tài)信息調(diào)整的使用擴(kuò)展到空間分布中的一個(gè)點(diǎn)與其相鄰點(diǎn)之間的應(yīng)用。進(jìn)一步的，三維表面的優(yōu)化過程中使用且只使用一幅圖像。進(jìn)一步的，通過采用兩次以上的同樣的基于卡爾曼濾波模型的迭代運(yùn)算，獲得經(jīng)過優(yōu)化的能夠反應(yīng)測(cè)量物體真實(shí)高度的方法。進(jìn)一步的，任意一次應(yīng)用基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算得到的結(jié)果值均是下一次運(yùn)算的測(cè)量值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用以下公式，其中，k表示第一時(shí)刻，k+Ι時(shí)刻表示第二時(shí)刻，h^k+Ι)表示第二時(shí)刻時(shí)點(diǎn)的高度，Iitl(k)表示第一時(shí)刻時(shí)點(diǎn)的高度，假設(shè)物體是固定不變的，則可認(rèn)為k+Ι時(shí)刻的高度值等于k時(shí)刻的高度。h0(k+l) =h0(k) (1)由此可以得到k時(shí)刻先驗(yàn)的高度值K =h0(k)(2)且該值含有服從正態(tài)分布的誤差
權(quán)利要求
1.一種物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其特征在于通過攝像機(jī)對(duì)物體拍攝一張照片，分析該照片上的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的高度信息，獲得高度圖，對(duì)所述的高度圖建立空間域的卡爾曼濾波模型，通過高度圖中每一個(gè)像素周圍點(diǎn)的高度值來預(yù)測(cè)中心點(diǎn)的估計(jì)高度，通過所述的中心點(diǎn)的觀測(cè)高度及估計(jì)高度使用卡爾曼濾波模型進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得一個(gè)優(yōu)化的高度并將所述的優(yōu)化的高度作為下一次運(yùn)算使用的觀測(cè)高度，采用同樣的方法對(duì)所述的高度圖進(jìn)行兩次以上的基于卡爾曼濾波模型的迭代運(yùn)算，使得最后的高度圖可靠地反應(yīng)物體的真實(shí)高度，總體方差下降到可接受范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其特征在于通過相鄰點(diǎn)的高度信息獲得中心點(diǎn)高度的估計(jì)值。
3.如權(quán)利要求1所述的物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其特征在于將卡爾曼濾波在時(shí)間域內(nèi)前后時(shí)刻的狀態(tài)信息調(diào)整的使用擴(kuò)展到空間分布中的一個(gè)點(diǎn)與其相鄰點(diǎn)之間的應(yīng)用。
4.如權(quán)利要求1所述的物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其特征在于三維表面的優(yōu)化過程中使用且只使用一幅圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其特征在于通過采用兩次以上的同樣的基于卡爾曼濾波模型的迭代運(yùn)算，獲得經(jīng)過優(yōu)化的能夠反應(yīng)測(cè)量物體真實(shí)高度的方法。
6.如權(quán)利要求1所述的物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，其特征在于任意一次應(yīng)用基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算得到的結(jié)果值均是下一次運(yùn)算的測(cè)量值。
全文摘要
一種物體三維表面數(shù)據(jù)的改進(jìn)的測(cè)量方法，通過攝像機(jī)對(duì)物體拍攝一張照片，并通過分析獲得該照片中的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度圖。對(duì)高度圖建立空間域的卡爾曼濾波模型。通過高度圖中每一個(gè)像素周圍點(diǎn)的高度值來預(yù)測(cè)中心點(diǎn)的估計(jì)高度。通過該中心點(diǎn)的觀測(cè)高度及估計(jì)高度，使用卡爾曼濾波模型進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得一個(gè)優(yōu)化的高度并作為下一次運(yùn)算使用的觀測(cè)高度。當(dāng)對(duì)該點(diǎn)的鄰居采用同樣的基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算后，該點(diǎn)的高度變化也會(huì)間接的影響到它的鄰居點(diǎn)的高度調(diào)整量。通過對(duì)整幅高度圖的所有點(diǎn)依次進(jìn)行一次基于卡爾曼濾波模型的運(yùn)算，可以對(duì)整幅圖進(jìn)行一次高度的調(diào)整，使整個(gè)高度圖趨向于測(cè)量物體的真實(shí)高度。噪聲得到很好的抑制，總體方差大幅的下降。
文檔編號(hào)G01B11/30GK102322826SQ201110134770
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者沈安祺 申請(qǐng)人:上海瑞伯德智能系統(tǒng)科技有限公司