[发明专利]双目立体测量系统多视角测量中的自定位方法

说明书

技术领域

本发明属于三维测量领域，特别涉及一种双目立体测量系统在多视角测量时的自定位方法。 

背景技术

三维轮廓数据的测量在航空航天、车辆船舶、机械制造、生物医学、纺织服装、工业设计等领域有着广泛的应用需求。基于机械、光学、声学、电磁学原理的各种测量方法均取得了巨大进展，尤其是以激光扫描法、干涉法和结构光方法为代表的光学非接触测量方法在许多领域中实现了商业应用。然而，各种三维测量方法一次测量都只能获得有限区域的表面数据，大型物体或者全方位轮廓的测量要通过改变视角进行多次测量，这样就需要确定各个视角下三维测量系统(立体传感器)的相对位置和姿态(简称位姿)，从而将每次测量的数据拼合到一个统一的坐标系下。 

目前解决这一问题主要有以下方法：一是在被测物体表面黏贴球形或者圆形的人工标记点，通过两次测量间至少三个以上的共同标记点，实现两个测量数据集之间的坐标变换。这种方法增加了测量前的准备工作，而且黏贴标记点的地方模型本身的测量数据会缺失，对于小型的和细节丰富的物体这个问题尤其突出。第二种方法是通过机械机构控制不同次测量中立体传感器与被测物体之间的相对运动，由运动参数直接计算测量点集间的坐标变换关系，目前常用的机械机构有旋转台，五轴联动装置等，这些装置的增加使得测量系统的灵活性和对被测物体尺寸大小的适应性明显降低。专利“基于姿态传感器的多视角测量数据自拼合方法(ZL200910029324)”将微小型姿态传感器固定在点云测量设备上，以确定不同测量视角下的相对旋转变换，再利用软件算法确定平移变换。这一方法中的辅助装置十分小巧，便于实现，但只适用于物体不动立体传感器改变方位的多视角测量情况。另一类方法是完全通过后续处理算法对不同视角下输出的三维测量数据进行分析和特征点匹配，进而实现数据拼合。这种从三维测量数据中提取特征进行拼合的方法对于双目立体测量系统的两个测量视角而言，要求至少有三个点以上的点在全部4幅图像中同时被定位识别，数据的可拼合条件相对较高，且受不同被测物体的表面几何形状影响严重。 

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种新的双目立体多视角测量中的设备自定位方法，从而提高立体传感器自身定位及数据拼合的精度与可靠性，并降低多视角测量数据的可拼合条件。 

一种双目立体测量系统多视角测量中的自定位方法，其特征在于包括以下过程： 

步骤1：两测量视角之间图像特征匹配集的建立 

双目立体测量系统在两个不同视角进行测量时，左右相机共拍摄4幅图像，通过对两两图像进行特征点提取和匹配，获取相应的同名对应点集合，其中同名对应点表示同一空间点在不同图像上的投影点； 

对于多视角测量中的两个视角，不失一般性称为视角1和视角2，记在视角1测量时左、右相机拍摄的图像分别为 和 在视角2测量时左、右相机拍摄的图像为 和 这里上标代表视角，下标l、r代表左、右相机； 

建立 与 之间的同名对应点集合 与 之间的同名对应点集合为 和 之间的同名对应点集合 和 之间的同名对应点集合 和 之间的同名对应点集合 以及 和 之间的同名对应点集合 

步骤2：两测量视角之间几何变换的初始估计 

双目立体测量系统进行两视角测量时，双目立体结构中两个相机的内部参数和相对位姿已经过标定，而双目立体结构在两个不同测量视角之间的位姿是未知的，需要计算能表征相应位姿关系的几何变换矩阵； 

集合 中的一个元素即一个同名匹配点对记为 集合 中的元素记为 已标定的左、右摄像机的内部参数矩阵分别记为A_l、A_r，则在图像畸变已经做过校正的条件下，根据现有的针孔成像模型，可得图像特征点在各自摄像机坐标系下的三维坐标： 

这里 代表特征点 在左摄像机坐标系取得三维坐标， 代表特征点 在左摄像机坐标系取得三维坐标， 代表特征点 在右摄像机坐标系取得三维坐标， 代表特征点 在右摄像机坐标系取得三维坐标， 分别表示图像点 的齐次坐标，κ_l和κ_r为非零尺度因子；为方便阐述 也表述为 也表述为 根据多视图几何理论， 左相机在两个视角处拍摄的同名匹配点 满足：