[发明专利]基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法及其应用

权利要求书

1.基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：构建目标物体的可视化的三维模型；

S2：建立世界坐标系、物体坐标系和相机坐标系，在世界坐标系中预设三维模型和相机的位置，并以此建立世界坐标系与物体坐标系、相机坐标系的坐标系变换关系，所述坐标系变换关系采用4X4齐次矩阵来描述，所述相机的数量为一个；

S3：根据三维模型和相机在世界坐标系中的预设位置构建可视化的虚拟场景，随机改变虚拟场景中的相机或者三维模型的空间位置，并记录相应的影像和空间位置变换信息，生成训练数据；

S4：利用步骤S3的训练数据，对机器学习模型进行训练，获得位姿预测模型；

S5：通过单目视觉摄影设备实时拍摄目标物体，获得单目照片；

S6：将步骤S5摄取的单目照片输入步骤S4训练获得的位姿预测模型，位姿预测模型结合步骤S2的坐标系变换关系进行计算，输出单目照片拍摄时对应的目标物体或相机相对于预设位置的坐标变换值。

2.如权利要求1所述的基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，其特征在于：位姿预测模型输出的坐标变换值为位移和角度的变化值。

3.如权利要求2所述的基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，其特征在于：位姿预测模型的输出为x、y、z方向的位移，以及四个四元数所描述的方位角度值。

4.如权利要求1所述的基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，其特征在于：步骤S3中，随机改变虚拟场景中的相机或者三维模型的空间位置时，只改变三维模型和相机其中之一的空间位置，三维模型和相机中的另一个的空间位置不改变。

5.如权利要求4所述的基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，其特征在于：随机改变虚拟场景中的相机或者三维模型的空间位置前，预设三维模型和相机的角度变化范围及位置移动范围。

6.如权利要求4所述的基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，其特征在于：步骤S3中的影像的背景、光线或三维模型表面纹理进行了变换。

7.如权利要求1所述的基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，其特征在于：所述机器学习模型利用深度学习算法进行实现。

8.权利要求1-7中任一基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法的应用，其特征在于：上述方法应用于医疗光学视觉定位，从而进行对手术器械或目标组织进行定位定姿操作。

9.权利要求1-7中任一基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法的应用，其特征在于：上述方法应用于工业领域、农业领域、民用场景和航天领域。

10.权利要求1-7中任一基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法的应用，其特征在于：

在应用场景中当目标物体固定，相机有位移或角度变化时，

步骤S3中，随机改变虚拟场景中的相机的空间位置，

步骤S6中，输出单目照片拍摄时对应的相机相对于预设位置的坐标变换值，

应用于医疗光学视觉定位；

或者，在应用场景中当相机固定，但目标物体有位移或角度变化时，

步骤S3中，随机改变虚拟场景中的三维模型的空间位置，

步骤S6中，输出单目照片拍摄时对应的目标物体相对于预设位置的坐标变换值，应用于工业领域、农业领域、民用场景和航天领域。