[发明专利]一种精确图像测量方法及系统

权利要求书

1.一种精确图像测量方法，其特征在于，包括步骤：

S1、预设摄像机的初始位置，旋转摄像机，使得拍摄区域位于摄像机的显示区域内，得到摄像机旋转角度值；

S2、调节设置在摄像机上的激光射出的激光束方向，使得位于拍摄区域内的激光点位于摄像机的显示区域的中心位置，拍摄得到二维图像；

S3、根据激光获取摄像机到拍摄区域的测距距离，计算得到摄像机的平移值；

S4、获取预设的摄像机内部参数，根据摄像机旋转角度值、摄像机的平移值和摄像机内部参数，计算得到所述拍摄区域的二维图像与三维世界空间的映射关系；

S5、获取二维图像上待测物的坐标值，代入二维图像与三维世界空间的映射关系中，计算得到所述待测物在三维世界空间的测量值；

其中，所述步骤S1具体为：

摆放摄像机，使摄像机的光轴与拍摄区域的地面ρ平行，作为摄像机的初始位置，以摄像机的光轴起始点为原点O_c，以摄像机的光轴为Z_c轴，建立摄像机的第一参考坐标系X_cY_cZ_c；旋转摄像机至拍摄区域，使得拍摄区域位于摄像机的显示区域内，得到摄像机旋转角度值，所述摄像机旋转角度值包括垂直角度α和水平角度β；

步骤S2具体为：

调节设置在摄像机上的激光射出的激光束方向，使得位于拍摄区域内的激光点位于摄像机的显示区域的中心位置，拍摄得到二维图像；建立所述二维图像的平面参考坐标系；

以摄像机的光轴起始点为原点O_c′，以摄像机的光轴为Z_c′轴，建立摄像机的第二参考坐标系X_c′Y_c′Z_c′；以拍摄区域的地面ρ上的激光点为原点O_w，以第一参考坐标系X_cY_cZ_c的坐标轴方向为参考方向，建立三维世界参考坐标系X_wY_wZ_w；

步骤S3具体为：

根据激光获取摄像机到拍摄区域的测距距离步骤S1得到的垂直角度α和水平角度β，代入摄像机的外部参数旋转R和摄像机外部参数平移t；

将摄像机的外部参数旋转R和摄像机外部参数平移t代入第二参考坐标系X_c′Y_c′Z_c′与三维世界参考坐标系X_wY_wZ_w之间的转换模型；所述转换模型为：

步骤S4具体为：

获取预设的摄像机内部参数K，根据摄像机的外部参数旋转R、摄像机外部参数平移t和摄像机内部参数K，计算得到所述拍摄区域的二维图像与三维世界空间的映射关系；所述映射关系表示三维世界参考坐标系上一点的齐次坐标(X_w，Y_w，Z_w，1)与该点映射到二维图像的平面参考坐标系上的齐次坐标(u，v，1)之间的关联；所述映射关系为：

在实际应用中，以垂直Z_w轴方向的平面作为垂直参考平面，在工地地面上，存在无穷个这样的垂直参考平面，包括与地面ρ垂直的平面π₁、平面π₂，其中平面π₁是过原点O_w的一个垂直参考平面，由于平面π₁上Z_w＝0，所以平面π₁与图像之间满足其它垂直参考平面，如平面π₂，由于可由地面ρ获得，所以平面π₂与图像之间满足其中，P点为Z_w轴与平面π₂的交点；所述地面ρ为平面；

步骤S1之前还包括：接收测量指令，所述测量指令包括二维图像上待测物的坐标值；

步骤S5之后还包括：

发送所述待测物在三维世界空间的测量值；

还包括：

关联二维图像和其与三维世界空间的映射关系并存储。

2.一种精确图像测量系统，其特征在于，包括旋转模块、调节模块、第一计算模块、第二计算模块和第三计算模块；

所述旋转模块，用于预设摄像机的初始位置，旋转摄像机，使得拍摄区域位于摄像机的显示区域内，得到摄像机旋转角度值；

所述调节模块，用于调节设置在摄像机上的激光射出的激光束方向，使得位于拍摄区域内的激光点位于摄像机的显示区域的中心位置，拍摄得到二维图像；

所述第一计算模块，用于根据激光获取摄像机到拍摄区域的测距距离，计算得到摄像机的平移值；

所述第二计算模块，用于获取预设的摄像机内部参数，根据摄像机旋转角度值、摄像机的平移值和摄像机内部参数，计算得到所述拍摄区域的二维图像与三维世界空间的映射关系；

所述第三计算模块，用于获取二维图像上待测物的坐标值，代入二维图像与三维世界空间的映射关系中，计算得到所述待测物在三维世界空间的测量值；

其中，所述旋转模块，具体用于摆放摄像机，使摄像机的光轴与拍摄区域的地面ρ平行，作为摄像机的初始位置，以摄像机的光轴起始点为原点O_c，以摄像机的光轴为Z_c轴，建立摄像机的第一参考坐标系X_cY_cZ_c；旋转摄像机至拍摄区域，使得拍摄区域位于摄像机的显示区域内，得到摄像机旋转角度值，所述摄像机旋转角度值包括垂直角度α和水平角度β；

所述调节模块，具体用于调节设置在摄像机上的激光射出的激光束方向，使得位于拍摄区域内的激光点位于摄像机的显示区域的中心位置，拍摄得到二维图像；建立所述二维图像的平面参考坐标系；

以摄像机的光轴起始点为原点O_c′，以摄像机的光轴为Z_c′轴，建立摄像机的第二参考坐标系Z_c′Y_c′Z_c′；以拍摄区域的地面ρ上的激光点为原点O_w，以第一参考坐标系X_cY_cZ_c的坐标轴方向为参考方向，建立三维世界参考坐标系X_wY_wZ_w；

所述第一计算模块，具体用于根据激光获取摄像机到拍摄区域的测距距离步骤S1得到的垂直角度α和水平角度β，代入摄像机的外部参数旋转R和摄像机外部参数平移t；

将摄像机的外部参数旋转R和摄像机外部参数平移t代入第二参考坐标系X_c′Y_c′Z_c′与三维世界参考坐标系X_wY_wZ_w之间的转换模型；所述转换模型为：

所述第二计算模块，具体用于获取预设的摄像机内部参数K，根据摄像机的外部参数旋转R、摄像机外部参数平移t和摄像机内部参数K，计算得到所述拍摄区域的二维图像与三维世界空间的映射关系；所述映射关系表示三维世界参考坐标系上一点的齐次坐标(X_w，Y_w，Z_w，1)与该点映射到二维图像的平面参考坐标系上的齐次坐标(u，v，1)之间的关联；所述映射关系为：

在实际应用中，以垂直Z_w轴方向的平面作为垂直参考平面，在工地地面上，存在无穷个这样的垂直参考平面，包括与地面ρ垂直的平面π₁、平面π₂，其中平面π₁是过原点O_w的一个垂直参考平面，由于平面π₁上Z_w＝0，所以平面π₁与图像之间满足其它垂直参考平面，如平面π₂，由于可由地面ρ获得，所以平面π₂与图像之间满足其中，P点为Z_w轴与平面π₂的交点；所述地面ρ为平面；

还包括接收模块和发送模块；

所述接收模块，用于接收测量指令，所述测量指令包括二维图像上待测物的坐标值；

所述发送模块，用于发送所述待测物在三维世界空间的测量值；

还包括关联模块，用于关联二维图像和其与三维世界空间的映射关系并存储。