[发明专利]一种基于单目视觉的高精度微小旋转角度测量方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的高精度微小旋转角度测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤，

S1：采用一种由等角度间隔12条直线构成的圆形特征标志，该特征标志紧固于转台的旋转面，其与旋转面具有相同的旋转角度；摄像机采集部分特征标志的旋转序列图像，图像中只包含具有3条直线的部分特征标志图案，提升图像中直线特征的边缘清晰度，避免引入干扰直线影响检测结果；

S2：基于LSD线检测方法实现直线边缘的高精度提取，获取图像中每条直线两条边缘的端点坐标；

S3：计算每条直线两边缘斜率均值作为该直线的斜率，分别求取基准位置3条直线的斜率及旋转位置对应直线斜率，利用反正切三角函数解算每条直线在旋转位置相对于基准位置的旋转角度，3条直线的旋转角度的均值即为测量的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的高精度微小旋转角度测量方法，其特征在于：

所述采集部分特征标志旋转序列图像，具体包括：

特征标志紧固于转台的旋转面，其圆心与旋转面中心重合，使特征标志上直线特征随旋转面旋转且二者具有相同的旋转角度；调整摄像机位置，使其具有3条直线的部分特征标志充满相机视场，采集部分特征标志的旋转序列图像；采集的图像只包含部分特征标志的直线特征与白色背景，提升直线特征的边缘清晰度，避免引入其他相似边缘或直线干扰图像处理结果。

3.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的高精度微小旋转角度测量方法，其特征在于：

对于采集的部分特征标志旋转序列图像T_i(x,y)，其中i＝1,2,…,N，N为采集到的旋转序列图像数，利用LSD线检测方法实现图像中3条直线的6条特征边缘提取；首先，通过高斯降采样将采集图像T_i(x,y)进行缩放，得到缩放后图像F_i(x,y)，则像素点(x,y)梯度值为：

其中，g_x(x,y)，g_y(x,y)分别为像素点(x,y)的在x，y方向上的梯度值；则计算得到梯度幅值G(x,y)与梯度方向垂直的方向角θ(x,y)分别为：

然后，梯度幅值较大的像素点越有几率作为被测直线的边缘像素点，所以通过梯度幅值的由小到大，分为1024个等级进行梯度伪排序，提升算法的运算速率；设置梯度幅值阈值来获得候选像素，通过梯度方向阈值对候选像素进行八邻域区域生长，得到线支持区域，用矩形逼近的方法得到线支持区域的最小外接矩形；计算误报次数NFA与对齐点密度，误报次数为直线误检测的数目，对齐点密度为在矩形中符合条件像素点所占比例，二者判断该矩形是否作为直线；最后，输出被检测直线起始点与终点坐标(x₀,y₀)，(x₁,y₁)。

4.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的高精度微小旋转角度测量方法，其特征在于：

对所述的旋转序列图像直线旋转角度的计算，通过LSD线检测方法得到图像中3条直线6条边缘的起始点与终点坐标，每条直线斜率由该直线的两条边缘斜率均值计算得到；选取转台旋转面回零位置的特征标志直线位置为基准位置，为基准位置直线斜率，为旋转位置直线斜率，其中j＝1,2,3，计算基准位置与旋转位置对应直线的夹角：

其中θ为特征边缘所夹锐角弧度值；

旋转角度大小的确定，实际旋转角度大小为：

5.利用权利要求1所述方法设计的一种基于单目视觉的高精度微小旋转角度测量装置，其特征在于：

该装置包括：转台(1)、由圆形分布等角度间隔的12条直线构成的特征标志(2)、照明设备(3)、摄像机固定装置(4)、摄像机(5)、图像传输设备(6)、处理与显示设备(7)；

转台(1)用于提供旋转角激励；一种由等角度间隔12条直线构成的圆形特征标志(2)紧固于转台(1)的旋转台面并靠近旋转台面的圆心；照明设备(3)为摄像机(5)提供照明；摄像机固定装置(4)用于固定摄像机(5)，使其垂直于转台(1)的旋转台面；调整摄像机(5)的位置，相机视场中只包含具有3条直线的部分特征标志图案，采集部分特征标志的旋转序列图像；图像传输设备(6)传输序列图像；处理与显示设备(7)处理图像、保存与显示测量结果。