[发明专利]基于多台手机的视觉空间点三维坐标测量方法

说明书

涉及基于多台手机的视觉空间点三维坐标测量方法，选取箱体放至合适位置，并在箱体上定义世界坐标系及选取n个标记点；布置k台手机并编号，编号1的为参考手机相机，设置手机焦距不变，同步拍摄m张不同方位的棋盘格图像并利用张正友标定法标定；同步拍摄待测点和标记点的图像，获取其像素坐标求解其成像点在手机相机坐标系下的坐标；根据成像点的手机相机坐标和各手机的内外参数，求解点的参考手机相机坐标；利用标记点的世界坐标和参考手机相机坐标，求解位姿关系，基于位姿关系和待测点的参考手机相机坐标求解其世界坐标。本发明测量成本低、操作简单快速，为日常尺寸测量、3D建模、位姿测量提供依据，属于视觉测量方法技术领域。

技术领域

本发明涉及视觉测量方法，具体涉及基于多台手机的视觉空间点三维坐标测量方法。

背景技术

空间中点的三维坐标表示其在空间中的位置，可用于解算物体在空间中的位姿参数，是一组重要的参数，其测量常采用视觉测量的方式。现阶段，三维坐标的视觉测量方式具有非接触、精度高、环境适应性好等优点，可分为单目视觉测量和多目视觉测量。

单目视觉测量即为采用一台相机作为视觉传感器，其拍摄视场广，但是缺乏空间点深度信息，所以常采用单台相机模拟多视图的方式测量。多目视觉测量即为采用至少两台相机作为视觉传感器，测量精度高于单目，可还原空间点深度信息，但其拍摄视场小，而合理调整多台相机的位置则可缓解该问题。现阶段，单目和多目视觉测量常采用工业相机或专业相机作为视觉传感器，并且需要配套软件才能完成测量，而随着科技的发展，智能手机的相机功能日益强大，但是未能作为视觉传感器用于日常简单的三维坐标测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的问题及缺陷，提供了一种基于多台手机的视觉空间点三维坐标测量方法，该方法将手机相机作为视觉传感器，利用多台手机实现空间点的三维坐标测量，并且利用简易的箱体建立世界坐标系及辅助测量，为日常的尺寸测量、3D建模、位姿测量提供了依据。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于多台手机的视觉空间点三维坐标测量方法，包括以下步骤：

步骤一、选取尺寸已知的合适箱体，将箱体放至合适位置并在箱体上定义世界坐标系，在箱体上选取n个世界坐标已知的标记点P_n，其中，n≥4，待测点标记为M_i，待测点标记世界坐标已知。其中，合适指的是箱体应具有比较明显的角点，放置在待测点附近时在手机拍摄的图像中可清晰看到角点即可。

步骤二、在合适位置布置k台手机并编号，其中编号为1的为参考手机相机，设置所有手机相机焦距不变或成手动对焦，同步拍摄m张不同方位的棋盘格图像并利用张正友标定法标定，其中，k≥2，m≥10。其中，当手机相机的视场中包括完整的箱体及被测点时，手机相机所处的位置即为合适位置。布置k台手机并编号，编号可按照任意规则，例如从左往右编号为1,2，…，k。由于计算空间点三维坐标需要使用焦距，需要保证标定和测量时的焦距一致，故设置手机相机的焦距不变或者设置成手动对焦。

步骤三、k台手机同步拍摄待测点和标记点在空间中的图像，并获取其像素坐标用于求解待测点、标记点的成像点在手机相机坐标系下的坐标。

步骤四、根据待测点、标记点的成像点的手机相机坐标和各手机相机的内外参数，求解待测点、标记点的参考手机相机坐标。

步骤五、利用标记点的世界坐标和参考手机相机坐标，求解两坐标系间的位姿关系，而后利用该位姿关系和待测点的参考手机相机坐标求解待测点的世界坐标。

作为一种优选，步骤一中，n个标记点中，至少4个不在同一平面上；选取箱体角点作为标记点。采用这种方法后，选取箱体角点作为标记点，能够准确获取标记点及待测点在图像上的像素坐标。