[发明专利]一种基于混合视域光场的三维定位测量方法

权利要求书

1.一种基于混合视域光场的三维定位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：搭建光场传感器系统，所述光场传感器系统包括设置在机械臂臂端的臂端相机组和设置在机械臂以外的臂外相机组，所述臂外相机组的视场区域包含所述臂端相机组的视场区域，其中，所述臂端相机组包括多个立体相机，所述臂外相机组包括多个普通相机；

A2：分别对所述臂端相机组和所述臂外相机组进行标定，以分别获取臂端光场和臂外光场的内部参数；

A3：结合所述臂端光场和所述臂外光场的内部参数进行双视域标定配准，生成混合视域光场；

A4：提取所述混合视域光场的光场特征点，逆投影反演所述混合视域光场的空间三维坐标，以进行三维定位和测量；

其中，步骤A3中具体包括：将标定物置于所述臂外相机组和所述臂端相机组中的所有相机的公共视场区域内，采用所述臂端光场和所述臂外光场的内部参数经光束法平差联合求解外部参数后获得所述臂端光场与所述臂外相机组中任意一台相机之间的位姿转换关系；再根据所述臂端光场与所述臂外相机组中任意一台相机之间的位姿转换关系将所述臂端光场的数据转换到所述臂外光场下，获得混合视域光场；

其中，根据所述臂端光场与所述臂外相机组中任意一台相机之间的位姿转换关系将所述臂端光场的数据转换到所述臂外光场下，获得混合视域光场具体包括：

将所述臂端光场与所述臂外相机组中任意一台相机之间的位姿转换关系代入到下式的Trans(·)函数中：

(i,j,u,v)′＝H′Trans[H^-1(i,j,u,v)]

其中，H表示臂端光场的光场单应性矩阵，H′表示臂外光场的光场单应性矩阵，Trans(·)表示臂端光场与臂外光场之间的外参转换关系；(i,j,u,v)是一束特征光线在臂端光场下的四维参数化表达，(i,j,u,v)′是一束特征光线在臂外光场下的四维参数化表达；

再采用加权方法将(i,j,u,v)′与臂外光场下观察到的对应同一特征点的另一束特征光线进行融合，得到混合视域光场。

2.根据权利要求1所述的三维定位测量方法，其特征在于，步骤A2中对所述臂端相机组进行标定以获取臂端光场的内部参数具体包括：对多个所述立体相机分别进行标定以获取对应的四维特征点，再进行下述操作以计算得到多个所述立体相机的内部参数：

其中：

H—臂端光场的光场单应性矩阵；

R—相机坐标系到标定物所指定的局部坐标系之间的旋转矩阵；

t—相机坐标系到标定物所指定的局部坐标系之间的平移向量；

d—描述光场相机径向畸变参数的一组畸变向量；

E(·)—在每个子孔径图像下反投影像点与实际像点间的误差函数；

(X_W,Y_W,Z_W)—转换前世界坐标系下观察到的三维先验点坐标；

i,j—光场相机的子孔径图像索引值；

#view_x,#view_y—光场相机x、y两方向上的子孔径图像总数；

pt,#pt—四维光场特征点的索引值以及特征点总数；

p,#pose—位姿估计输入的姿态索引以及姿态总数。

3.根据权利要求2所述的三维定位测量方法，其特征在于，其中光场单应性矩阵的初始值H_init为：

其中：

H_init—臂端光场的光场单应性矩阵的初始值；

—使用张氏标定法对不同子孔径进行标定得到的焦距的平均值；

Δt—不同子孔径对应的虚拟光心之间的相对平移量；

i₀,j₀,u₀,v₀—对应齐次坐标系下四维光场偏移量的内部参数。