[发明专利]基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统与方法

权利要求书

1.一种基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于，所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统包括有摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、激光器(4)与二维标定板(5)；

摄像机支架(1)放置在地面上，摄像机(2)通过底部的螺纹孔与摄像机支架(1)顶部的螺栓螺纹固定连接，二维标定板(5)置入连接件(3)的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接件(3)和二维标定板(5)的通孔与螺母螺纹固定连接，线激光器(4)插入激光器连接件(3)钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接件(3)钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与线激光器(4)圆柱面接触紧配合，线激光器(4)发出的激光平面与二维标定板(5)图形所在平面共面。

2.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的摄像机支架(1)为可调整高度的三角支架。

3.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的摄像机(2)为装有窄带滤光片的广角工业相机。

4.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的连接件(3)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。

5.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的线激光器(4)为可发射线激光的圆柱形零件，线激光器(4)发出的激光波长与摄像机(2)的窄带滤光片的带通波长一致。

6.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的二维标定板(5)为一块矩形钢板制成的零件，二维标定板(5)的表面粘贴有两个中心重合且临边相互垂直的矩形图案，二维标定板(5)加工有通孔。

7.按照权利要求1至6所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统的重建方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法的图像采集：

摄像机(2)固定在摄像机支架(1)上，将摄像机支架(1)放置在地面上，激光器(4)插入连接件(3)的钢管内孔，打开激光器(4)，通过调节连接件(3)的钢管上的螺钉，使激光器(4)投射出的激光线与二维标定板(5)共面并将激光器(4)固定，摄像机(2)采集一幅图像，图像包含二维标定板(5)以及激光器(4)与车辆表面相交的投影激光点；

第二步：摄像机(2)内参数矩阵的求解：

从摄像机(2)采集的图像中利用Hough变换提取双矩形标识的4对平行直线的图像坐标l_i，1，l_i，2(i＝1，2，3，4)，由下式求得4个消影点

x_i＝l_i，1×l_i，2

其中x_i＝(x_i，1，y_i，1，1)^T；

根据消影点在消影线上以及两点确定一条直线，由下式可解得两条消影线

针孔相机模型的投影中心为O，投影到图像平面上的投影为P，过投影中心O作垂直于消影线的垂线OC₁交消影线于垂足C₁，则X轴方向焦距为

f₁＝(OC₁²-PC₁²)^1/2

其中OC₁＝(Ox₁Ox₂)^1/2，PC₁可直接从图像中获取，根据另一条消影线同理可得Y轴方向焦距f₂；

根据焦距及假设主点位于图像中心的条件可得内参数矩阵为

其中u₀、v₀为图像平面的主点坐标；

第三步：摄像机(2)外参数旋转矩阵以及平移向量的求解：

从二维标定板(5)坐标系到摄像机(2)坐标系的旋转矩阵可表示为

同理可得

，令将进行SVD分解：

其中U、V均为正交矩阵，而∑是非负实对角矩阵，把中间的对角阵∑中的元素开方，再与左右的U、V矩阵相乘得到综合的最优的旋转矩阵R_OC；

在世界坐标系下选择一条已知长度的与X方向平行的线段AB，过线段一端点A的投影点a作该线段的平行线ab′交直线OB与点b′，则向量的模为

再根据OA与Oa方向相同求得向量

根据求得的旋转矩阵R_OC，得到平移向量

第四步：车身表面特征点的重建：

由激光平面π^T在二维标定板(5)坐标系下的坐标为π^T＝(0 0 1 1)^T，由下式可得到激光平面π^C在摄像机(2)坐标系下的坐标

根据图像中采集到的车身表面特征点Y的图像坐标y，根据标定过程求得的摄像机(2)内参数、旋转矩阵和平移向量，有

M[R_OC t_OC]Y＝y

再根据待重建点位于线激光器(4)发射的激光平面π^C上得

(π^C)^TY＝0

上述两式联立即可求得激光平面与车身交点的三维坐标

其中P＝M[R_OC t_OC]。