[发明专利]一种基于直线的目标模型及定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，具体地说是一种基于直线的目标模型及定位方法。

背景技术

可以获得位姿信息的视觉方法有许多，典型的有双目或多目立方体视觉，基于模型的单目视觉等。基于模型的单目视觉是指仅利用一台摄像机拍摄单张照片来进行定位工作。因其仅需一台视觉传感器，所以该方法结构简单，同时还避免了立体视觉中的视场小，立体匹配困难等问题。其前提条件是物体的几何模型已知。

当前基于模型单目视觉定位的模型特征分为点、直线与曲线等几类。相对来说，对基于点特征的单目视觉定位方法研究较多，而基于直线特征的单目视觉定位方法现在研究的还比较少。而且，在某些特定的环境中，直线特征定位方法比点特征定位方法具有一定的优势。直线特征的优势表现在以下几方面：(1)自然环境的图像包含很多的直线特征。(2)在图像上直线特征比点特征的提取精度更高。(3)直线特征抗遮挡能力比较强。同时相对于更高级的几何特征(曲线、椭圆等)，直线特征也具有优势，具体表现在以下几方面：(1)在周围自然环境的图像中，直线比其他的高级几何特征更常见，同时也更容易提取。(2)直线的数学表达式更简单，处理起来效率更高。因此综合来看，采用直线特征进行视觉定位在某些方面具有其它特征所不具有的优势，在实现高精度、实时自主定位方面有着广泛的应用前景。

直线特征定位研究集中在三方面：(1)基于直线的合作目标设计；(2)直线定位算法；(3)迭代求解方法。

(1)基于直线的合作目标设计

目前，合作目标的设计多是基于点的设计，基于直线的合作目标设计研究很少。直线在图像处理方面具有优势，因此基于直线的合作目标设计在实际应用中具有一定的应用价值。

(2)直线定位算法

目前，理论上研究最多的是利用三线定位的问题，即perspective-three-line，以下简称(P3L)问题。对于P3L问题，大部分学者通过图像直线和摄像机光心构成的解释平面的法向量和物体直线垂直来建立数学模型。这种方法要求确定物体位姿的三条直线中至少有两条不平行且不和光心共面，进而建立由三条直线构成的三个非线性方程，其数学模型可以描述如下：假设摄像机坐标系和物体坐标系之间的旋转矩阵为R，对空间直线L_i，已知其在物体坐标系下的方向矢量为经过旋转变换到摄像机坐标系下，有Si=Rn→i.]]>由数学模型得到关于旋转矩阵R的关系式为：N→i·Rn→i=0,]]>因此只要通过三条直线的投影方程，就能通过解方程组得到R矩阵的三个参量，即可以求得R矩阵。这种方法有效地解决了使用直线特征如何进行视觉定位的问题，其中的不足之处是非线性方程组复杂，定位误差较大。

(3)求解方法