[发明专利]基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统与方法

权利要求书

1.一种基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于，所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌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)与二维参考板(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，二维参考板(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)和二维参考板(5)的通孔与螺母螺纹固定连接，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，紧定螺钉端部与激光器(4)圆柱面接触紧配合，激光器(4)发出的激光线与二维参考板(5)图形所在平面共面。

2.按照权利要求1所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，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所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，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所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，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所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的激光器(4)为可发射线激光的圆柱形零件，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所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的二维参考板(5)为一块矩形钢板制成的零件，二维参考板(5)的表面粘贴有生成与虚圆点对偶二次曲线的黑白三角形相间的规则几何图形，二维参考板(5)加工有通孔。

7.按照权利要求1至6所述的基于与虚圆点对偶二次曲线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：基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌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)的钢管上的螺钉并旋转激光器(4)使其投射出的激光线与二维参考板(5)共面并将激光器(4)固定，摄像机(2)采集一幅图像，图像包含二维参考板(5)以及激光器(4)与车辆表面相交的投影激光点；

第二步：根据与虚圆点对偶二次曲线图像坐标求解从投影空间到相似空间的变换矩阵：

在摄像机(2)采集的图像中利用Hough变换提取二维参考板(5)上第i对(i＝1，2，...，n，n≥5)正交直线的图像坐标I_i、m_i，与虚圆点对偶二次曲线图像坐标可对下式用SVD分解求得

其中为与虚圆点对偶二次曲线图像坐标；

由与虚圆点对偶二次曲线的相似不变性得

其中为仿射变换矩阵，其中的K是一个2×2上三角矩阵，为射影变换矩阵，其中为与虚圆点对偶二次曲线在欧氏空间中的坐标；令从射影空间到相似空间的变换矩阵V＝H_PH_A，即则与虚圆点对偶二次曲线的图像坐标与欧氏坐标转换关系为

由上式得

利用Cholesky分解求得上三角矩阵

由已求出的上三角矩阵K可得

根据已求得的上三角矩阵K以及向量w，得到从射影空间到相似空间的变换矩阵V

第三步：激光平面与车辆表面相交的激光投影点在欧氏坐标系下重建：

任意选取二维参考板(5)上的一对特征点A_q，B_q(q＝1，2，…，m，m≥2)，从二维参考板(5)可直接获取特征点A_q，B_q的欧氏坐标并从第一步获取的图像中提取其图像坐标以及车辆表面激光投影点的图像坐标x_j＝(x_j y_j 1)^T，待求的车辆表面激光投影点的欧氏坐标为

根据第二步中求得的得到从射影空间到相似空间的变换矩阵V，将特征点从射影空间变换到相似空间

由长度比的相似不变性可得

二维参考板(5)的欧氏坐标Y轴上取B_q点，并令得

二维参考板(5)上再选取一对特征点可得等式

由上述两式可得车身表面特征点的欧氏坐标的纵坐标

在二维参考板(5)上继续选取(m-1)组特征点，求出(m-1)个纵坐标值并求其均值将均值代替等式中的则车身表面特征点欧氏坐标的横坐标为