[发明专利]一种利用十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法

权利要求书

1.一种利用十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1）建立相机坐标系C-X_cY_cZ_c、图像坐标系o-uv、十字结构光坐标系L-X_lY_lZ_l以及物体坐标系O_o-X_oY_oZ_o，其中相机坐标系、图像坐标系与通常的定义一致；十字结构光坐标系的原点为十字结构光发出点，Z_l轴与十字结构光两平面的交线重合，方向与光线射出方向一致，X_l轴、Y_l轴分别沿两个垂直光线平面与Z_l轴构成右手系；物体坐标系原点位于物体表面某一线段的端点，X_o轴与该线段重合指向另一端点，Z_o轴垂直物体表面向外，Y_o轴与X_o轴、Z_o轴构成右手系；

2）定义物体坐标系相对相机坐标系的旋转关系R与平移关系T，其中R表示物体坐标系先绕X_o轴逆时针转动γ角，再绕Y_o轴逆时针转动θ角，最后绕Z_o轴逆时针转动ψ角，即R=cosψcosθ-cosψsinθsinγ-sinψcosγ-cosψsinθcosγ+sinψsinγsinψcosθ-sinψsinθsinγ+cosψcosγ-sinψsinθcosγ-cosψsinγsinθcosθsinγcosθcosγ;]]>

3）将相机与十字结构光传感器同向放置并进行标定，包括相机内参、相机坐标系与十字结构光坐标系间的位移和旋转关系；使十字结构光在物体表面的亮斑与物体表面在X_o轴上的线段有两个交点，此交点即为特征点，相机捕捉这两点以及十字结构光与物体表面轮廓另外任意一个交点；

4）利用图像处理算法获得步骤3）中所需的三个交点，利用单点三角测距法计算这三个点在相机坐标系下的坐标(i＝0,1,2)，得到特征点在物体坐标系下X_o轴方向的差，表示为b；

5）利用步骤2）中定义的旋转关系R描述步骤4）中获得的三个点，得到三个方程组，利用这三个点在物体坐标系下的关系，通过线性变换对方程组进行化简消元，得到物体坐标系三轴相对相机坐标系的旋转角度γ=arctan=(z1c-z0c)cosθ-(y1c-y0c)sinθcosψ-(x1c-x0c)sinθsinψcosψ(y1c-y0c)-sinψ(x1c-x0c);]]>

6）利用步骤2）中定义的旋转关系R以及步骤3）得到的三个交点中任意一点在相机坐标系下的坐标，可以得到该点在物体坐标系下的坐标，进而获得物体坐标系原点在相机坐标系下的坐标，即可得到物体坐标系与相机坐标系之间的平移矩阵T=[x0c-x0o,y0c-y0o,z0c-z0o]T.]]>

2.根据权利要求1所述的利用十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法，其特征在于：所述的单点三角测距法为安装时获得Z_L轴与平面X_wO_wZ_w的夹角λ与Y_L轴与平面X_wO_wZ_w的夹角由结构光坐标系与相机坐标系之间的旋转关系可知从而得到十字结构光在物体表面投影上任意一点在相机坐标系下的坐标：

其中，UA=(uA0-u0)ax,VA(vA0-v0)ay.]]>