[发明专利]一种用于双目立体视觉测量中的手持球型靶标及测量方法

权利要求书

1.一种基于手持球型靶标进行立体视觉测量的方法，其特征在于，所述手持球型靶标，包括依次固定连接的球体(1)、连接杆(2)和测头(3)，连接杆(2)和测头(3)的中轴线过球体(1)的球心，测头(3)用来与被测点接触，球体(1)的球面上，在垂直于连接杆(2)轴线的纬圆上分布有按照已知方式布置的特征点(4)；

包括以下步骤：

步骤1、利用球靶标对双相机进行标定，得到左、右相机的内外参数；

步骤2、对球靶标进行自标定，得到球心到测头中心点的距离L；

步骤3、利用球靶标进行测量，得到测头下端面中心点的坐标，测头下端面中心点的坐标即被测点的坐标，具体包括以下步骤：

步骤3.1、测头接触被测点，用左、右相机拍摄一副球靶标图像；

步骤3.2、对左、右相机共同视场内的特征点进行检测，得到其在左右球靶标图像上的图像坐标；

步骤3.3、利用左、右相机的相机内外参数和特征点的图像坐标对特征点进行三维还原，得到特征点在相机坐标系下的三维坐标(x_i，y_i，z_i)，i＝1，2……m；

步骤3.4、根据特征点在相机坐标系下的三维坐标(x_i，y_i，z_i)对球体进行球心拟合，得到球心的三维坐标(x_c，y_c，z_c)；

步骤3.5、根据特征点在相机坐标系下的三维坐标(x_i，y_i，z_i)和球心坐标(x_c，y_c，z_c)求出球心和测头中心连线的方向向量(a，b，c)；

步骤3.6、根据球心三维坐标(x_c，y_c，z_c)，球心与测头之间的方向向量(a，b，c)和距离L求出测头下端面中心点坐标。

2.一种基于权利要求1所述的手持球型靶标进行立体视觉测量的方法，其特征在于，步骤3.6中，由球心坐标(x_c，y_c，z_c)，球心与测头中心连线长度L，方向向量(a，b，c)即可分别求得测头下端面中心点的xyz坐标，由下式计算求出：

3.一种基于权利要求1所述的手持球型靶标进行立体视觉测量的方法，其特征在于，利用球型靶标进行双相机标定的步骤为：

步骤1.1、利用双目立体视觉系统拍摄一副球靶标图像，并对处于左右相机共同视场内的特征点进行亚像素定位，得到特征点的图像坐标；

步骤1.2、建立球坐标系，得到上述特征点在球坐标系下的世界坐标；

步骤1.3、根据特征点在世界坐标系下的坐标和图像坐标计算得到左右相机的内外参数，并进行非线性优化；

步骤1.4、根据左右相机对同一世界坐标系的转换关系，得到左右相机坐标系之间的平移旋转矩阵，完成双相机的标定。

4.一种基于权利要求1所述的手持球型靶标进行立体视觉测量的方法，其特征在于，对球靶标进行自标定，得到球心与测头下端面中心之间的距离L，自标定的方法为：

步骤2.1、把测头放置在一个倒锥中，球靶标绕以测头为球心旋转n个位置拍摄n幅图像；

步骤2.2、对在每个位置拍摄得到的左右图像进行亚像素特征点检测，得到在左右相机共同视场中的特征点图像坐标，利用相机的内外参数对特征点进行三维还原，得到特征点在左相机坐标系下的坐标(x_i，y_i，z_i)(i＝1，2……m)；

步骤2.3、由特征点在左相机坐标系下的坐标(x_i，y_i，z_i)进行球心拟合，拟合出球体半径R和球心的XYZ坐标(x_c，y_c，z_c)，然后依次求出n个位置的球靶标的球心坐标(x_cj，y_cj，z_cj)(j＝1，2……n)；

步骤2.4、由所得到的n个球心坐标进行球心拟合，最后所得到的球心坐标即为测头中心坐标，所得到的球的半径即为球靶球心与测头中心点之间的距离L。