[发明专利]一种双目立体视觉三维坐标测量方法

说明书

本发明公开一种双目立体视觉三维坐标测量方法，在被测对象表面粘贴散斑图案人工标记点。该人工标记点是由外层的黑色环带、中层的白色环带、内层的散斑图案块组成。具体三维坐标测量方法是：首先，在测量图像中，根据白色环和散斑图案块信息检测人工标记点；然后，采用散斑图像匹配方法进行立体图像对中人工标记点亚像素级精度匹配；最后，根据立体视觉测量系统标定结果，进行三维重建得到人工标记点三维坐标。本发明提供的双目立体视觉三维坐标测量方法，可有效消除被测对象表面炫光干扰，提高视觉测量系统鲁棒性。

技术领域

本发明属于视觉测量技术领域，特指一种双目立体视觉三维坐标测量方法。

背景技术

立体视觉三维测量技术原理如图1所示，采用两个摄像机1、2、两个光源3、4，在被测对象5表面粘贴若干白色圆形人工标记点6，利用两个摄像机同步拍摄被测对象表面人工标记点图像，在测量图像中定位人工标记点6圆心图像坐标，通过三维重建得到人工标记点圆心三维坐标，进而实现被测对象对应位置上三维坐标测量，以此得到被测对象的位置、姿态、变形等信息。该技术已被广泛应用于工业制造、模具加工与安装、航空航天、空气动力学试验等领域。但是，在实际应用中，经常需要测量带镜面反射的金属结构，镜面反射产生的炫光容易在测量图像中形成与人工标记点类似的白色区域，严重时甚至将人工标记点完全淹没在白色炫光中，进而导致无法提取人工标记点圆心坐标，丢失测量数据的问题。

目前，一些新型的人工标记点图像形式，如图2所示，采用在白色圆形标记点外增加一层黑色圆环7，用于增强白色标记点边界对比度，以有利于提取圆形人工标记点边缘。所增加的黑色圆环7可在一定程度上隔断较弱的炫光。但是，当黑色圆环较窄、炫光较强时，白色炫光依然会盖过黑色圆环，并将内部的白色圆形标记点淹没在炫光中。

此外，现有的圆形人工标记点定位方法，通常采用质心法或基于边缘的椭圆拟合法用于确定人工标记点圆心。为增强人工标记点图像对比度，通常在制作白色人工标记点时涂抹具有强反射系数的玻璃粉，在强光照射下使拍摄的人工标记点图像外边缘形成光晕，而降低人工标记点边缘提取精度。此外，当人工标记点与成像相机光轴不垂直时，得到的拍摄图像是圆形人工标记点的透视投影，即椭圆。由于存在透视投影畸变，因此该椭圆的质心并不是人工标记点圆心。这意味着，椭圆拟合法提取的人工标记点圆心与真实位置存在偏差。透视投影是一个线性变换，若在人工标记点圆心位置处设置标识信息(比如图3中的十字丝8、或角点9)，那么可以通过该标识信息在测量图像中准确定位人工标记点圆心。但是，在炫光干扰情况下，十字丝、角点的边缘容易被人工标记点白色区域强反射光污染，而影响其定位精度。因此，在炫光干扰情况下，需要同时解决清晰成像和人工标记点精确定位问题。

发明内容

本发明目的是解决立体视觉测量中炫光干扰情况下人工标记点清晰成像和精确定位问题，提供一种双目立体视觉三维坐标测量方法。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：在被测对象表面粘贴散斑图像人工标记点，所述散斑图像人工标记点为三层环状结构，外层为黑色环带11，中层为白色环带12，内层为散斑图案块10；所述黑色环带11、白色环带12的形状为正多边形环或圆环；所述散斑图案块10的形状为正多边形或圆盘；散斑图案块10表现为散乱斑点或亮度随机分布的杂乱纹理。

人工标记点定位与三维坐标计算步骤如下：