基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法
2023-06-01 01:46:26
基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法，其包括構建世界坐標系{W}和確定初始採集圖像時的初始外參矩陣、遞推外參矩陣及光學中心的圖像坐標、映射圖像區域*的遞推計算公式：以此為依據對依次採樣的序列圖像進行無畸變焦平面映射變化。本發明的圖像拼接方法構思簡單、合理，不僅圖像拼接簡單、累積誤差小且精度高，而且能實現投影圖像的等精度拼接。
【專利說明】基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及完整成像【技術領域】，尤其涉及一種基於坐標變換的完整成像的圖像拼 接方法。
【背景技術】
[0002]目前視覺檢測技術在工業的各個領域都有著廣泛的應用，基於機器視覺的測量手 段和方法也得到了快速的發展，但對幾何尺寸的視覺測量研究主要集中在對微小結構或尺 寸較小零件，其主要原因在於目前CCD器件像素級相對測量精度僅在ΚΓ 3數量級，而視覺系 統一次成像的成像區域與檢測解析度之間成反比關係。對微小物體進行圖像測量時，由於 視場較小，可相應提高圖像測量的分辨力來提高測量精度；而對於較大或細長類零件幾何 尺寸的綜合檢測，一次成像獲得的完整圖像中由於解析度不高從而導致檢測精度滿足不了 實際應用要求。
[0003] 依照化整為零、再集零為整的完整成像基本思想可以解決較大尺寸零件視覺測量 中視場與圖像解析度之間的矛盾，文獻1【何博俠，張志勝，徐孫浩等.大尺寸機械零件的 機器視覺高精度測量方法。中國機械工程，2009 20 (1)】針對具有條形紋理表面的機械零 件提出了基於紋理特徵的序列圖像校準方法，但對具有光滑表面或者表面紋理無規則的檢 測對象無能為力，其應用領域極其有限。
[0004] 文獻2【劉凌雲，羅敏等.基於圖像拼接的尺寸精密檢測算法研究，製造技術與 工具機，2012, 11】中將圖像拼接技術應用到視覺測量中，採用已標定攝像機方式建立圖像投 影模型，提出了基於位姿變換的圖像拼接算法實現圖像之間的精確配準，並通過變位機驅 動攝像機精確變換位姿獲取圖像序列，實驗驗證該算法具有較高的拼接精度；但這種通過 變位機驅動實現攝像機位姿變換的方法存在以下缺陷：1.由於相鄰兩次採像時刻攝像機 位置和姿態均會改變，圖像拼接運算複雜化；2.對於平面圖像拼接，攝像機採集圖像的景 深隨著變位機旋轉角度的變化而改變，因而等精度拼接的視場較小；上述問題使得該方法 的推廣應用存在一定的局限性。
[0005] 在圖像拼接階段，文獻2提出了基於移位採像時攝像機相對位姿描述的序列圖像 配準算法，其算法流程如下所示： 1)設前後兩次採像時攝像機坐標系位姿變換矩陣為#(其中i=l，2, 3......; j=i+l)，則世界坐標系{W}相對於攝像機坐標系{Cj}的變換矩陣$!(即第j次投影變換的 外參矩陣）可遞推計算得到：
【權利要求】
1. 一種基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法，包括構建世界坐標系{W}和確定初 始採集圖像時的初始外參矩陣
p; 所述世界坐標系{W}的構建：是先在檢測平臺上鑽直徑為Φ?的兩個小孔並將兩個小 孔的圓心分別標記為A、Β，然後以Α點為圓心，ΑΒ方向為X軸，測量平面為ΧΟΥ平面，定義 為世界坐標系{W}; 所述外參矩陣
的確定：是藉助於平面靶標坐標系{WJ為橋梁，利用已標定內參的 攝像機對A、B小孔和平面標靶一次成像獲得平面靶標坐標系{WJ相對於攝像機初始位姿 時的坐標系{CJ的位姿描述矩陣
以及所述世界坐標系{W}與平面標靶坐標系{WJ對應 X軸之間的夾角
，進而確定所述世界坐標系{W}相對於所述攝像機初始位姿時的坐標系 IA}的初始外參矩陣
。
2. 如權利要求1所述的基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法，其特徵在於，所述 初始外參矩陣
具體是通過以下步驟確定的： 1) 將平面靶標平放到小孔A、B附近，使平面靶標及A/B孔在攝像機視野內清晰成像， 通過圖像處理獲得A、B兩孔圓心的像點坐標
及靶標特徵點的像點坐標； 2) 由祀標上特徵點與其像點對應關係、已標定的攝像機內參獲得所述平面祀標坐標系 {WJ相對於攝像機坐標系{C}位姿描述的位姿描述矩陣
，則測量平面上坐標系{W2}相 對於所述攝像機坐標系{C}的齊次變換矩陣
1滿足關係式：
(1); 所述齊次變換矩陣
關係式中的h為平面靶標的板厚； 3) 由所述齊次變換矩陣
'及A、B兩孔圓心的像點坐標
再次利用小孔 成像模型得到A、B兩孔在所述坐標系{W2}中坐標分別戈
並由 所述線段與坐標系{W2}X軸之間的夾角β，獲得所述世界坐標系{W}相對於所述坐標系 {W2}的位姿描述#滿足關係式：
(2)； 4) 由上述公式（1)、（2)得出初始位姿時攝像機成像模型外參矩陣
滿足如下關係式：
3. 如權利要求2所述的基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法，其特徵在於：所述 線段AB與坐標系{W2}X軸之間的夾角
h滿足關係式：
4. 如權利要求1至3任一所述的基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法，其特徵在 於，所述圖像拼接方法還包括確定所述世界坐標系{W}相對於第j次採像時所述攝像機坐 標系{Cj的遞推外參矩陣
； 所述遞推外參矩陣
|的確定是建立在對攝像機採像路徑的特定規劃上，即設任意第 i、j相鄰兩次移位採像i=l，2, 3......，j=i+l，攝像機僅作相對於世界坐標系{W}的X軸 或Y軸單軸向平移，移動量>
，則所述遞推外參矩陣
滿足關係式：
(3)。
5. 如權利要求4所述的基於坐標變換的完整成像的圖像拼接方法，其特徵在於，所述 第j次投影圖像的行式胃-/列像素分別滿足關係式 ：
(4)； 所述光學中心限定為投影圖像的中心位置，其圖像坐標
滿足關係式：
(5)。
【文檔編號】G06T3/40GK104050650SQ201410275226
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】劉凌雲, 羅敏, 吳嶽敏 申請人:湖北汽車工業學院