[发明专利]一种基于单目视觉的盾构机滚刀刀座位姿的测量方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的盾构机滚刀刀座位姿的测量方法，其特征在于该测量方法包括下列步骤：

S1根据盾构机滚刀的刀座各个自由度的实际运动范围，设定所述刀座运动每个自由度的步长，所述刀座按照设定的步长进行运动以此变换位姿，获取在不同位姿下刀座上各个角点在相机坐标系下的空间坐标，通过相机投影模型获得所有位姿下刀座各个角点的图像坐标，一个刀座位姿下所有角点对应的图像坐标作为一个刀座位姿模板，以此形成包括有所有位姿的刀座位姿模板库；

S2采集待测量刀座所在位姿处的实际图像，对该实际图像进行处理，获得该实际图像中刀座各个角点的坐标，并将所述实际图像转化为只包含角点的二值图像，利用该二值图像计算获得所述实际图像对应的倒角距离变换图；

S3通过倒角距离变换图，分别计算位姿库中每个模板与实际刀座之间的距离特征值，所有距离特征值中的最小值对应的位姿模板对应的刀座位姿即为所述待测量刀座的实际位姿，其中，所述距离特征值按照下列方式进行计算：

对于任意的位姿模板，将该位姿模板与所述倒角距离变换图进行比对，获取位姿模板中的各个角点在所述倒角距离变换图中对应的具有相同坐标的点，以此获得多个角点对应点，计算角点对应点与所述倒角距离变换图中各个角点之间的距离值，其中最小的距离值作为该角点对应点的倒角距离，构建所有角点对应点的倒角距离与所述距离特征值之间的关系式，计算获得位姿模板与倒角距离变换图之间的距离特征值。

2.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的盾构机滚刀刀座位姿的测量方法，其特征在于，在步骤S1中，所述通过相机投影模型获得所有位姿下刀座各个角点的图像坐标按照下列步骤进行：

S11将世界坐标系与相机坐标系重合，获取在不同位姿下，在相机坐标系中刀座上各个角点的世界坐标；

S12建立相机拍摄图像的图像坐标系，对相机进行标定，获得相机坐标系与图像坐标系的转换关系；

S13将步骤S1中获得的在相机坐标系中各个角点的世界坐标，利用步骤S12中获得的转换关系，计算获得在图像坐标系中刀座各个角点的图像坐标。

3.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的盾构机滚刀刀座位姿的测量方法，其特征在于，在步骤S2中，所述实际图像对应的倒角距离变换图的获取按照下列步骤进行：

S21对刀座实际图像进行预处理获得多个感兴趣区域；对所有感兴趣区域进行边缘提取，以此获得每个感兴趣区域对应的一条或多条闭合边界轮廓线；

S22设定长度阈值范围，在所有闭合边界轮廓线中获取满足所述长度阈值范围的闭合边界轮廓线，对于每条满足长度阈值范围的闭合边界轮廓曲线，按照曲率将其进行分割，以此获得多条线段，在该多条线段中剔除长度小于预设最小长度阈值的线段，剩余的线段进行共线处理，共线处理后的线段为特征线段；

S23将所有边界轮廓曲线对应的特征线段两两相交，交点即为所需的角点，该交点的图像坐标即为角点的图像坐标，以此获得刀座上所有角点的图像坐标；

S24根据所有角点的图像坐标，将所述实际图像转化为只包含角点的二值图像，利用该二值图像计算获得所述实际图像对应的倒角距离变换图。

4.如权利要求3所述的一种基于单目视觉的盾构机滚刀刀座位姿的测量方法，其特征在于，步骤S21中，所述图像预处理包括灰度化、中值滤波、图像增强和全局阈值分割。

5.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的盾构机滚刀刀座位姿的测量方法，其特征在于，在步骤S3中，所述距离特征值为所有角点的倒角距离的均方根。

6.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的盾构机滚刀刀座位姿的测量方法，其特征在于，在步骤S3中，所有距离特征值中的最小值按照下列步骤进行计算获得：

S31对于所述刀座位姿模板库中的所有模板，将所有模板按照预设分层步长分为n层；

S32从第n层开始，逐层计算每层中所有模板与实际刀座对应的倒角距离变换图之间的距离特征值，直至获得第1层中的最小距离特征值，该第1层中最小的距离特征值对应的模板的位姿即为所需待测量刀座的实际位姿。