[发明专利]一种视觉测量方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域中的视觉测量，具体地说是用于服务机器人对被操作目标进行三维坐标测量的方法以及用于实现上述方法的装置。

背景技术

摄像机本身固有的参数，如焦距、光轴中心点图像坐标、镜头畸变等，称之为摄像机的内参数。摄像机之间的几何关系，即摄像机之间的位置和姿态，称之为摄像机的外参数。目前，机器人领域的三维坐标视觉测量，一般采用由两台摄像机构成的立体视觉系统。它根据目标在两台摄像机中的图像坐标，以及两台摄像机的内参数和外参数，由两条射线的交点计算出目标的三维坐标(其典型结构与原理见“Milan Sonka等著，艾海舟等译，图像处理、分析与机器视觉，第316～320页，北京：人民邮电出版社，2003年9月”)。其不足之处在于：两台摄像机的内参数和外参数需要预先标定，标定过程繁杂(Z.Zhang，“A flexible newtechnique for camera calibration，”IEEE Transactions on Pattern Analysisand Machine Intelligence，vol.22，no.11，pp.1330-1334，2000)；视觉测量过程中，两台摄像机的内参数和外参数需要保持不变，一旦摄像机的内参数或者外参数发生变化，需要重新标定。

为了避免摄像机内参数和外参数的预先标定所带来的不便，通常采用的方法是摄像机自标定。目前的摄像机自标定方法，需要利用环境中的特定约束如平行线(D.Xu，Y.F.Li，Y.Shen，M.Tan，“New posedetection method for self-calibrated cameras based on parallel lines and itsapplication in visual control system，”IEEE Transactions on System，Man &Cybernetics—Part B：Cybernetics，vol.36，no.5，pp.1104-1117，2006)，或者利用机器人的特定运动(S.D.Ma，“A self-calibration technique for activevision system，”IEEE Transaction on Robotics and Automation，vol.12，no.1，pp.114-120，1996)，不具有通用性。

发明内容

为了解决现有技术摄像机自标定方法，利用环境的特定约束如平行线，或者利用机器人的特定运动，不具有通用性的问题，本发明的目的在于提供一种不依赖于摄像机参数的视觉测量方法及装置。

为实现上述目的，本发明的第一方面，提供视觉测量方法的技术方案：包括步骤：

A.在初始状态下，两台摄像机光轴中心线处于平行状态；

B.测量时，利用步进电机驱动两台摄像机同步相向转动两次，用于实现两台摄像机对被测目标的跟踪，得到摄像机对准被测目标时相对于初始状态的转角；

C.分别使被测目标的图像横坐标处于跟踪的摄像机所采集图像的中心区域；

D.根据两台摄像机分别跟踪被测目标时的转角，以及被测目标在两台摄像机图像中的坐标，计算出被测目标的三维坐标。

所述第一台摄像机的跟踪测量包括：

第一台摄像机将跟踪被测目标的图像横坐标调整到该摄像机所采集图像的中心区域，记录步进电机的脉冲数，并转换为第一台摄像机的转角α₁；

记录被测目标在第二台摄像机中的图像坐标，计算出该图像坐标与图像中心点的坐标之差(u_2d，v_2d)。

所述第二台摄像机跟踪测量包括：

第二台摄像机跟踪被测目标，将被测目标的图像横坐标调整到该摄像机所采集图像的中心区域；记录步进电机的脉冲数，并转换为第二台摄像机的转角α₂；

记录被测目标在第一台摄像机中的图像坐标，计算出该图像坐标与图像中心点的坐标之差(u_1d，v_1d)。

所述三维坐标测量结果以两台摄像机中点位置为参考坐标系的原点，以两台摄像机之间的连线作为参考坐标系的X轴，以两台摄像机之间的连线的中垂线作为参考坐标系的Z轴。

所述被测目标的目标点P在坐标系{H}中的三维坐标(x_h，y_h，z_h)包括如下：