[发明专利]一种基于全局标定约束的三维拼接匹配点选取方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉和图像测量技术领域，尤其涉及一种三维拼接匹配点选取方法。

背景技术

在视觉测量中，单视觉传感器受到视场的限制只能对被测物进行局部测量。有时这种测量能力不能满足实际需要，近些年来，对全貌测量技术的研究成为视觉测量的热点，一般采用多传感器的测量结构，对多传感器进行全局标定，然后使用三维拼接算法对测量数据进行优化整合。这个过程，非常关键的一步是优化求解多传感器系统之间的坐标转换矩阵R和T。全局标定只提供R和T的初始解，这个解受到测量误差的影响，会存在偏差，三维拼接算法对该解进一步优化求解。

一般来说，三维拼接算法要在数据块的重叠选取匹配点对，然后使用这些点对坐标转换矩阵进行调整，直到坐标转换矩阵满足拼接精度需求。其中匹配点就是两个数据集中找到的对应点，匹配点查找算法是整个拼接算法中使用频率最大的模块，因此，该算法的效率对整体处理速度有很大影响。经研究发现，现有方法主要靠在全部测量数据中随机采样或曲率采样搜索匹配点，而实际上只有重叠区域才存在匹配点，并且重叠区域往往只占全部数据的20％~50％，这样就严重影响了拼接速度。

发明内容

本发明的目的是设计一种可以在全局标定过程中完成确定三维拼接数据重叠区域的方法，缩小匹配点搜索的范围，以提高三维拼接算法的速度。采用本发明提出三维拼接匹配点选取方法，能够减少系统投入，不带来系统硬件负担，也不会对软件处理带来太多麻烦。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种基于全局标定约束的三维拼接匹配点选取方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)使用靶标对多传感器系统进行全局标定，同时获取靶标特征点的数据；

(2)对同一靶标的数据点进行平面拟合，并利用投影点及最小凸包方法求解靶标区域；

(3)记录进行全局标定的所有靶标的区域数据；

(4)获取所有传感器的实测数据，结合步骤(3)记录的靶标区域数据对相邻传感器之间的测量数据的重叠区域进行求解；

(5)使用这些重叠区域进行三维拼接，得到全貌测量数据。

上述的技术方案中，步骤(4)最好按照下列步骤执行：

(e)求解测量点在靶标拟合平面内的三维投影点；

(f)借助单位矢量在靶标拟合平面内的投影点，把测量点的三维投影点转为平面内的二维投影点；

(g)对二维投影点是否在靶标区域内进行判断；

(h)把所有测量数据按照步骤(a)至(c)进行求解，最终得到由靶标区域确定的测量数据重叠区域。

采用本发明提供的三维拼接匹配点选取方法，靶标区域的确定是在全局标定过程中完成的，不给系统增添任何硬件设备，同时也不带来多余的处理过程。在全局标定结束后，只要系统结构不改变，靶标区域就一直存在，可以为数据拼接所用。经过拼接效率比较试验，由重叠区域进行的三维拼接步骤耗时要明显少于由整个测量数据参与的三维拼接算法的耗时，基于全局标定约束的重叠区域确定算法可以很好的提高三维拼接算法的速度。

附图说明

图1多传感器全貌测量示意图；

图2由标定靶标确定重叠区域的示意图；图中标号：

1传感器1；2传感器2；3平面靶标；4被测物体；5重叠区域6被测物体投影区域；7靶标区域

图3确定拟合平面上二维投影坐标的示意图；

图4本发明提供的三维拼接匹配点选取方法流程图；

图5全局标定的靶标和传感器位置关系示意图；

图6靶标区域确定示意图；

图7重叠区域效果图；

图8全貌测量结果的效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

在对多传感器进行全局标定时，需要借助靶标标定传感器系统之间的坐标转换矩阵R和T，图1是多传感全貌测量系统示意图。如图2(a)和(b)所示，以平面靶标进行全局标定为例，标定靶标3为相邻传感器，即传感器1和传感器2，可视范围的重叠区域5，受测量景深的约束，被测物体4肯定有部分区域靠近并在靶标覆盖的范围内，因此属于测量数据的重叠区域5，可以被三维拼接算法使用。图中的6为被测物体投影区域，7为靶标区域。

基于以上测量数据重叠区域的发现，提出：(1)在全局标定过程中，确定标定靶标区域，并记录所有区域范围，它们可以应用到实际测量过程三维拼接算法中；(2)在实际测量过程中，依据靶标区域，确定相邻传感器测量数据的重叠区域，实现快速数据拼接。

下面首先对本发明提出的三维拼接匹配点选取方法的原理进行描述。