[发明专利]一种基于透视投影直线测量模型的双目匹配方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及视觉检测技术，特别涉及一种基于透视投影直线测量模型的双目匹配方法及其应用。

背景技术

视觉测量方法中包括结构光测量系统、双目测量系统等具有非接触、速度快、自动化程度高、精度高等特点，因而被广泛应用于各种工业产品的在线检测、三维外形扫描等方面。

在对较大体积的物体进行三维外形扫描测量中通常采用的是结构光传感器与双目测量传感器相结合的方法，结构光用于获取被测物体表面的信息，双目则是通过左右图像的对应标记点的匹配来完成三维数据的拼接或者传感器坐标的定位。

单纯依靠图像处理的匹配方法存在着处理算法复杂、误匹率高的问题。当前通用的双目标记点匹配的算法很多其基本思想是基于连续性假设、相似性度量，外极约束等原则。应用最多的是外极约束，采用外极约束的匹配方法需要知道两个相机的内外参数标定过程略有繁琐计算过程复杂，同时还存在共外极线的标记点无法匹配的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于透视投影直线测量模型的双目匹配方法及其应用，该方法可以实现双目测量中左右相机对应标记点快速、方便、高精度的匹配，克服现有技术中双目的匹配方法中标定较为复杂，存在误匹配的情况，实现传感器获取的物体表面点云数据高精度和有效地拼接。

为了解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于透视投影直线测量模型的双目匹配方法，包括如下步骤

第一，选取空间中的一点P在左右图像中的坐标分别(u_l,v_l)，(u_r,v_r)；通过已经标定的参数可以获得其在标定面a上对应的传感器坐标点A，B，

第二，垂直于靶标方向平移一定距离后，确定P点在左右图像在另一个标定面b上对应的点A',B',

第三，通过左图中的参考标记点的像素坐标确定空间透视投影直线AA'，并在右图中遍历图像中的标记点的像素(u_ri,v_ri)坐标及其透视投影线B_iB_i'，寻找与AA'所确定的公垂线最短的透视投影线BB'，完成左右图像中标记点的匹配。

为了解决现有技术问题，本发明还提供一种应用技术方案：

一种基于透视投影直线测量模型的双目匹配的方法在双传感器的应用，包括如下步骤：

第一，在同一位置左右传感器分别拍摄一幅图像，分别对图像进行二值化、边缘提取、椭圆拟合、中心提取等处理后，提取的标记圆的中心作为两图像进行匹配的目标点；

第二，将左图像中的标记点作为参考点，获取参考标记点的像素坐标，结合基于多项式的DLT模型在位置0mm和5mm处标定的两套参数获得在这两个标定面上的空间点A_i和A′_i的坐标；

第三，将右图像中的标记点作为参考点，获取参考标记点的像素坐标，结合基于多项式的DLT模型在位置0mm和5mm处标定的两套参数获得在这两个标定面上的空间B_i点和B′_i的坐标；

第四，对于左图中的标记点和右图中的每一个标记点都可以确定对应的一条空间直线L₁和L₂，L₁和L₂即左右图像中单个标记点所对应的透视投影直线；

第五，将左图中的每个标记点及其所对应的透视投影线分别作为参考点和参考透视投影线，遍历右图标记点所确定的空间透视投影线找到与参考透视投影线的公垂线最短的透视投影线；

第六，通过所述公垂线最短的透视投影线所对应的右图中的标记点获取与左图的参考标记点匹配的同一目标点，求取两条透视投影线公垂线的中点P的空间坐标就是该目标点在双目传感器下的空间三维坐标；

第七，对所述双目传感器下的空间三维坐标通过旋转和平移相结合的关系完成世界坐标转换。所述步骤四中的L₁透视投影直线通过如下公式计算：