[发明专利]基于双目视觉定位的全息三维影像空间定量投影方法

权利要求书

1.一种基于双目视觉定位的全息三维影像空间定量投影方法，其特征在于，所述方法包括：(1)视觉标记物识别、(2)HoloLens标定、(3)HoloLens显示及(4)HoloLens标定校正四个步骤；所述(1)视觉标记物识别包括：

空间立体定位需要选择合适的特征点组成视觉标记物，所述视觉标记物简称Marker，Marker采用辨识度高、易于制作且抗干扰能力强的X角点作为特征点；

利用双目相机获取X角点的三维位置信息，采用至少三个不共线X角点组成一个Marker，建立一个三维空间坐标系，进而表征真实空间中目标的位置和姿态信息；采用4个不共线X角点组成一个Marker；

注册Marker模板，对于每一个Marker，其X角点数量及X角点间的相对位置始终固定，利用这一特点，在注册Marker时定义其坐标系并将此时各角点在此坐标系下的坐标保存下来，在后续再识别时，通过匹配先前注册的Marker模板，继续按照初始定义的坐标系描述Marker的位姿；

首先获取各X角点相对于双目相机坐标系的坐标位置，指定4个X角点组成的四边形重心为原点O，对点坐标相减获得的向量进行正交化及求外积，获得Marker坐标系三个坐标轴正方向的向量及对三个向量进行单位化，并将Marker坐标系相对于双目相机坐标系的转换关系记为则有：

设X角点在双目相机坐标系的坐标为p_c，在Marker坐标系下的坐标为p_m，则二者转化关系为：将所有X角点坐标从双目相机坐标系转化到Marker坐标系，保存为Marker模板；

对Marker进行识别，步骤如下：首先，获取所有X角点相对于双目相机坐标系的坐标位置；使用求出的三维坐标，对X角点两两之间计算距离；计算模板中前三个点两两之间的距离；在由X角点距离组成的集合中寻找与模板三个距离中任意两个匹配的元素，得出对应的三个候选X角点；依据已有的候选X角点求解剩余的角点，并验证所求得的所有角点是否完全与Marker模板一致；其中，在距离匹配的过程中，考虑实际可能存在的多种误差，只要距离之差小于设定阈值，即认为二者匹配成功；

成功识别出Marker后，计算Marker位姿，记实际Marker坐标系相对于Marker模板的位姿矩阵为记为：

假设Marker含有N个X角点，分别构造3×N矩阵X＝(x₁,...,x_N)与Y＝(y₁,...,y_N)，其中，x₁,...,x_N分别表示Marker模板下N个X角点的坐标，y₁,...,y_N分别表示与模板成功匹配的N个X角点在双目相机坐标系的坐标，则Marker位姿的确定需要求解R、t，使得对于任意i∈(1,N)，均满足：

y_i＝Rx_i+t

考虑误差影响，该问题转化为最小化问题：

该最小化问题是一个典型的正交普鲁克问题(Orthogonal Procrustes Problem)，采用提出的方法求解此类问题，分别计算X和Y中点的坐标的平均值和构造矩阵M，满足：其中，

对M做奇异值分解：M＝UDV^T，

并令：

其中，Det(UV^T)是UV^T的行列式，则能够计算得出：R＝USV^T，

最终，Marker在双目相机坐标系下的位姿矩阵为：

即完成了Marker的位姿计算。