基於幾何約束的物體三維姿態測量方法

2023-12-09 17:05:16

專利名稱：基於幾何約束的物體三維姿態測量方法
技術領域：
本發明涉及視覺檢測技術、物體三維姿態測量，具體講涉及基於幾何約束的物體
三維姿態測量方法。
背景技術：
物體的位置與姿態測量在三維姿態測量技術在航空航天、汽車四輪定位、光筆測量技術、頭盔瞄準定位系統、水下機器人懸停定位等工業領域有重要的應用價值。相比基於磁場的位姿測量方法，機器視覺法由於不受電磁場的幹擾而被廣泛的研究。目前對物體三維姿態進行測量的方法大多是直接對表示物體位姿的旋轉平移矩陣進行求解，這種方法一般面臨兩個問題1進行位姿求解特徵點的個數偏多，導致計算過程複雜；2求解過程中特徵點的幾何形狀有特殊要求；這裡擬將攝像機坐標系作為中介，利用4個非共面特徵點，首先求解出定位特徵點在攝像機坐標系下的坐標，然後再根據特徵點在攝像機坐標系下的坐標得出物體旋轉平移矩陣進而得出物體的位姿。

發明內容
為克服現有技術的不足，提供一種基於幾何約束的物體三維姿態測量方法，滿足現實中物體三維姿態智能、快速、高精度、低成本的檢測需要，本發明採取的技術方案是， 基於幾何約束的物體三維姿態測量方法，藉助於sigma 二維轉臺、兩個攝像機、攝像機支撐架、測量用靶標和計算機實現，將兩個攝像機分別固定在各自的支撐架上並根據轉臺的高度調整攝像機的位置，測量靶標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作為定位特徵點，使二維轉臺帶動靶標做偏轉、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誌，通過計算機採用串口發送信號至轉臺的控制箱，控制轉臺的運動，所述方法進一步包括如下步驟設特徵點在攝像機坐標系下的坐標可以表示為if，上標c表示攝像機坐標系，在靶標局部坐標系即世界坐標系下的坐標值可以表示為^f，上標w表示世界坐標系，相應的圖像在世界坐標系下的坐標Ii = (xui, yui)T(i取值為0、1、2、3中的一個)，T表示轉置，因
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此OiJf與%的關係可以描述為
權利要求
1. 一種基於幾何約束的物體三維姿態測量方法，其特徵是，藉助於sigma 二維轉臺、兩個攝像機、攝像機支撐架、測量用靶標和計算機實現，將兩個攝像機分別固定在各自的支撐架上並根據轉臺的高度調整攝像機的位置，測量靶標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作為定位特徵點，使二維轉臺帶動靶標做偏轉、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誌，通過計算機採用串口發送信號至轉臺的控制箱，控制轉臺的運動，所述方法進一步包括如下步驟設特徵點在攝像機坐標系下的坐標可以表示為廣，上標c表示攝像機坐標系，在靶標局部坐標系即世界坐標系下的坐標值可以表示為^f，上標w表示世界坐標系，相應的圖像在
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是，所述採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，具體為根據弱透視模型，假設靶標上的4個特徵點具有相同的深度將除0號特徵點外的特徵點垂直投影到經過0號點且與CXD成像面平行的平面上，設為氏，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
本發明腦電及視覺檢測、物體三維姿態測量。為滿足現實中物體三維姿態智能、快速、高精度、低成本的檢測，本發明採取的技術方案是，基於幾何約束的物體三維姿態測量方法，藉助於sigma二維轉臺、兩個攝像機、攝像機支撐架、測量用靶標和計算機實現，將兩個攝像機分別固定在各自的支撐架上並根據轉臺的高度調整攝像機的位置，測量靶標每個平面上有4個非共面的紅外LED作為定位特徵點，使二維轉臺帶動靶標做偏轉、俯仰兩個自由度的運動，所述方法是採用在4個非共面特徵點的基礎上根據特徵點連線的空間幾何形狀形成的幾何約束以及特徵點在CCD像面上坐標值求解出特徵點在攝像機坐標系下的坐標值實現。本發明主要應用於物體三維姿態測量。
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 優先權日2011年4月25日
發明者孫長庫, 宋佳, 張子淼, 王鵬 申請人:天津大學