[发明专利]一种空间圆弧位姿的视觉检测方法

说明书

本发明涉及一种空间圆弧位姿的视觉检测方法，其式将空间圆弧A_rc映射到虚拟摄像机{C₁}的虚拟成像平面Γ₁，构建空间圆弧A_rc在实际摄像机坐标系{C}中的实际图像I_ma与虚拟摄像机{C₁}中所映射的虚拟图像I'_ma之间的数学转换模型。本发明具有很强的收敛性，能对图像中特征采样点进行映射前采用径向畸变矫正，减小了映射变换的误差，提高了检测精度，省去立体匹配环节，测量方法简单、合理且所需硬件成本较低。

技术领域

本发明涉及一种空间圆弧的位姿检测方法，尤其涉及一种在空间圆弧半径为已知量的情况下圆弧空间位姿的视觉检测方法。

背景技术

孔、平面为机械零部件的基本特征，孔与平面正交形成空间几何圆，而空间几何圆是一种特征明显且容易识别的形状，在图像处理中有着其他几何形状如直线等无法比拟的优点。通过对机械零部件某平面上空间几何圆的视觉位姿检测，间接获取机械零部件的空间位置和姿态，在机器人视觉定位、目标跟踪、视觉避障中具有广泛的应用。针对空间几何圆的视觉位姿检测，不少学者提出了许多行之有效的方法，如文献1【HEIKKIL AJ,SILVENO.A four-step camera calibration procedure with implicit image correction[C].IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,1997:1106-1112】提出了通过设置空间中多个点阵分布的圆形且多个摄像机参数耦合在一起求解空间圆位姿信息，该方法计算量大，难以快速获得单个圆形圆心点的准确位置；文献2【周富强,张广军,江洁等.空间圆几何参数的非接触高精度测量方法[J].仪器仪表学报2004，25(5):604-607】提出了一种根据极线约束求出空间圆在双目立体视觉中的对应匹配点后投影到三维空间求出边缘的实际坐标。尽管立体匹配算法得到了许多学者的广泛研究并提出了许多有效措施，但立体匹配算法本身是一个病态算法，一般需要通过建立能量函数，利用最小化能量和函数和一些约束条件，采用最优化理论方法进行求解方程，计算过程比较复杂；文献3【KIM J S,GURDJOS P.Geometric and algebraic constraints ofprojected concentric circles and their applications to camera calibration[J].IEEE Trans Pattern Analysis and Machine Intelligence,2005,27(4):637-642.】提出以同心圆为目标，利用同心圆求解无穷远直线，进而求解精确圆心位置，但联立两个不相交的二次曲线来求解无穷远直线，增加了求解的复杂性及计算量；文献4【邢德奎,达飞鹏,张虎.圆形目标精密定位方法的研究与应用[J].仪器仪表学报.2009,30(12):2593-2598】针对同心圆目标，提出了利用交比不变性快速准确地获取图像中圆形目标圆心真实投影点的方法。

对于机械零部件而言，其特征平面与特征孔正交所形成的大多数为单一的空间圆，而非同心圆，且在机器人的作业任务中，作为作业对象的机械零部件，其形状、尺寸往往是已知的，即空间圆的半径也为确定值。因此对半径已知的单一空间圆或圆弧进行视觉位姿测量具有很强的实用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种具有很强的收敛性，能对图像中特征采样点进行映射前采用径向畸变矫正，减小了映射变换的误差，提高了检测精度，省去立体匹配环节，测量方法简单、合理且所需硬件成本较低的空间圆弧位姿的视觉检测方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：