[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

说明书

本发明公开了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，手持球型靶标由球体、连接杆和测头组成，其中球体上打有一个螺纹孔，螺纹孔轴线通过球心，在垂直于螺纹孔轴线的纬圆上分布有按照已知方式布置的特征点；连接杆将球体和测头通过螺纹连接起来，同时要保证测头中心，连接杆轴线和球心在一条直线上。球体表面特征点在球坐标系下的坐标是已知的，因此球型靶标可以作为3D靶标对相机进行标定，也可以作为手持靶标完成测量功能。球型靶标将3D靶标和手持靶标融为一体，减少了双目立体视觉测量系统的硬件组成，同时克服了传统平面靶标的测量位姿受限的不足，提高了测量的效率和适应性。

技术领域

本发明属于视觉测量技术领域，涉及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。

背景技术

在基于手持靶标的双目立体视觉测量系统中，手持靶标是测量系统的核心部件之一，手持靶标上特征点坐标的定位精度直接影响着测头中心点的定位精度，是影响基于手持靶标的双目立体视觉测量系统精度的重要因素之一。

目前的手持靶标多是平面靶标并以LED为特征点，即把若干LED嵌在同一个平面上，测量时利用灰度重心法或者加权灰度重心法求得特征点像面光斑中心作为物理中心来计算特征点坐标。由于LED成像的光亮度与LED和相机的相对位置有关，这就使得求得的特征中心不稳定，导致特征点的提取出现偏差。所以，使用LED作为特征点将不可避免的引入误差。另外，特征点分布在一个平面，在测量时会使光笔的位姿受到限制，因为当靶标平面与CCD成像平面夹角过大时，会降低特征点的提取精度甚至提取特征点失败，严重影响立体视觉测量系统的测量精度。

发明内容

针对上述平面靶标的不足，本发明的目的在于提出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来克服传统平面靶标测量时位姿受到限制的问题。

本发明提出了一种用于双目立体视觉系统中的手持球型靶标包括依次固定连接的球体、连接杆和测头，连接杆和和测头的中轴线过球体的球心，测头用来与被测点接触，球体的球面上，在垂直于连接杆轴线的纬圆上分布有按照已知方式布置的特征点。

进一步的，连接杆上设置有弧形的手握部。

进一步的，分布有特征点的纬圆等间距布置。

进一步的，特征点为圆点、直线交点、十字交叉点或黑白相间块的角点。

一种基于手持球型靶标进行立体视觉测量的方法，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；

步骤3.4、根据特征点在相机坐标系下的三维坐标对球体进行球心拟合，得到球心的三维坐标；

步骤3.5、根据特征点在相机坐标系下的三维坐标和球心坐标求出球心和测头中心连线的方向向量；

步骤3.6、根据球心三维坐标，球心与测头之间的方向向量和距离L求出测头下端面中心点坐标。

进一步的，步骤3.6中,由球心坐标，球心与测头中心连线长度L，方向向量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：