[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

说明书

技术领域

本发明涉及位姿测量领域，具体是一种利用十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法。

背景技术

利用视觉进行位姿测量具有精度高、非接触和低成本等优点，根据测量所需的相机数一般可分为单目视觉测量和多目视觉测量。单目视觉测量由于结构简单、测量灵活，仅使用一台相机即可得到目标相对于相机的三维姿态和三维位移数据，得到了广泛的研究和应用。

目前，国内外对视觉位姿测量进行了大量并且深入的研究，视觉位姿测量可以分为对合作目标的测量和对非合作目标的测量，其中，合作测量算法已经较为成熟，比较成熟的算法是利用目标物体上N个特征点在物体坐标系下的位置关系进行求解，即PNP问题，而非合作视觉测量算法却无法事先获得特征点在物体坐标系下的坐标。非合作视觉测量算法的相关公开文献较少，大部分研究方法都是致力于将非合作问题转化为合作问题来处理，这样的方法在实际应用中有一定的局限性。目前部分直接进行非合作视觉测量的算法需要利用激光测距仪辅助获得位置和姿态信息，否则只能获得物体的姿态信息，由于激光测距仪重量与尺寸较大，不适合应用在室内微小型载体上进行自主导航；有专利利用单幅图像上具有平行四边形几何约束的四个特征点实现物体的空间定位；有论文针对无法获取大型非合作航天器完整特征图像的情况进行位姿求解，利用线结构光辅助获得航天器平行边上的四个特征点，同样利用平行约束条件进行位姿求解，以上两种方法在无法获得平行约束时无法进行位姿解算。总的来说，目前对非合作目标进行视觉位姿测量的方法存在计算量较大、辅助设备尺寸重量大以及需要平行约束条件，并不完全满足室内微小型载体视觉导航的要求。

发明内容

本发明为了解决室内微小型载体视觉导航时的位姿测量问题，提出了十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法，实现了在相机对缺乏平行约束条件的非合作目标位姿的测量，满足室内微小型载体的载重要求，同时计算量小，大大增加了计算效率。

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；