[发明专利]基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统与方法

权利要求书

1.一种基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统，其特征在于，所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统包括有摄像机(1)、激光投面仪(2)、二维靶标(3)、二维靶标固定座(4)、连接夹(5)与三角架(6)；

三角架(6)放置在地面上，摄像机(1)通过底部的螺纹孔与三角架(6)顶部的螺栓螺纹固定连接，二维靶标固定座(4)放置在水平地面上，二维靶标(3)底部与二维靶标固定座(4)上的凹槽紧配合固定连接，二维靶标(3)置入连接夹(5)的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接夹(5)和二维靶标(3)的通孔与螺母螺纹固定连接，激光投面仪(2)插入激光器连接夹(5)钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接夹(5)钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与激光投面仪(2)圆柱面接触紧配合，激光投面仪(2)发出的激光平面与二维靶标(3)图形所在平面共面。

2.按照权利要求1所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的摄像机(1)为装有窄带滤光片的广角工业相机。

3.按照权利要求1所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的激光投面仪(2)为可发射线激光的圆柱形零件，激光投面仪(2)发出的激光波长与摄像机(1)的窄带滤光片的带通波长一致。

4.按照权利要求1所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的二维靶标(3)为一块加工有通孔的矩形钢板制成的零件，二维靶标(3)的表面粘贴有可生成无穷远点和面积比特征的阵列三角形图案。

5.按照权利要求1所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的二维靶标固定座(4)为钢板加工的长方体零件，上表面加工有细长凹槽。

6.按照权利要求1所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的连接夹(5)为U形钢板与钢管焊接而成的零件，U形钢板侧面加工有通孔，钢管侧面加工有螺纹孔。

7.按照权利要求1所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的三角架(6)为可调整高度的三角支架。

8.按照权利要求1至7所述的基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建系统的重建方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建方法的仿射矫正：

摄像机(1)固定在三角架(6)上，将三角架(6)放置在地面上，激光投面仪(2)插入连接夹(5)的钢管内孔，打开激光投面仪(2)，通过调节连接夹(5)的钢管上的螺钉，使激光投面仪(2)投射出的激光平面与二维靶标(3)共面并将激光投面仪(2)固定，摄像机(1)采集一幅图像，图像包含二维靶标(3)以及激光投面仪(2)与车辆表面相交的激光投影点；

在摄像机(1)采集的图像上，采用Hough变换提取阵列三角形中两对平行线的图像坐标w_q，1、w_q，2及w_q，3、w_q，4，根据两直线交点的公式求得两个交点坐标为

x_q，1＝w_q，1×w_q，2

x_q，2＝w_q，3×w_q，4

其中x_q，1、x_q，2为第q组平行线形成的两个无穷远点图像坐标，共选取q组平行线的图像坐标对，得到2q个无穷远点的图像坐标，根据无穷远点在无穷远直线上，得

利用SVD分解可求得无穷远直线的像坐标从射影变换矫正到仿射变换的转换矩阵为

其中，H_E为单位阵，进一步求得仿射空间中的投影点坐标为

Y^j，F＝Hy^j

其中，汽车与激光面相交处点的序号j＝1，2，3......n。

第二步：基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建方法的重建过程：

在二维靶标(3)坐标系下，小三角形形心的坐标为

其中，为阵列小三角形三个顶点在二维靶标(3)坐标系下的坐标；为二维靶标(3)坐标系下小三角形的形心坐标，在仿射空间下小三角形形心坐标为

其中，分别为小三角形顶点经仿射矫正后在仿射空间中的坐标，小三角形顶点从二维靶标(3)坐标系到仿射空间的图像坐标系的仿射变换表示为

其中，H_A是从二维靶标(3)坐标系到仿射空间的图像坐标系的变换矩阵，由以上三式得到

则在仿射空间中小三角形形心为

其中，为二维靶标(3)坐标系下小三角形形心的坐标，仿射空间下的形心坐标为

其中，为小三角形顶点的图像坐标，在二维靶标(3)坐标系和仿射空间中的大三角形面积满足

其中，为小三角形形心组成大三角形的面积，为小三角形形心和待重建点组成大三角形的面积，Y^j是在二维靶标(3)坐标系下激光交线上的待重建点，Y^j，F是仿射空间中的待重建点坐标，由上式可计算得到并由常数kⁱ表示，即

其中，

也可通过面积公式求得

取第i组不同的进行计算，由上两式得到第i组等式如下：

当i＝1，2，3……n时，得

由SVD分解法，得到二维靶标(3)坐标系下汽车形貌特征点为

在汽车形貌重建与检测过程中，第二步是循环进行的步骤；

通过在摄像机(1)视野范围内移动汽车的位置，即可获得在其他位置的激光面与汽车车身的激光交线点，从而确定在二维靶标(3)坐标系下汽车与激光面交线点的坐标，完成基于三角形阵列仿射不变量的汽车形貌重建。