[发明专利]一种空间三维视觉计算验证方法

摘要

本发明提供了一种空间三维视觉计算验证方法，验证实验中，通过两台经纬仪a和b构成一个参考坐标系，第三台经纬仪c和参考坐标只有平移关系。将相机固定在经纬仪c上，并且得到相机坐标系和经纬仪c坐标系之间的关系。已知空间目标物体上三个目标点在其本身的物体坐标系下的坐标，再利用经纬仪a和b求得三个特征点在参考坐标系下的坐标，继而求出物体坐标系和参考坐标系之间的关系。最终得到目标物体坐标系和相机坐标系之间的关系作为目标物体三维位姿的参考值。以此参考值对其他的算法求得的目标物体三维位姿进行验证。利用目标物体位姿的参考值获得空间点在相机坐标系下的坐标，将其投射到图像平面，用于验证视觉系统标定的相机内参数。

主权项

一种空间三维视觉计算验证方法，其特征在于：包括以下步骤：一、坐标系的建立及转换(1)建立参考坐标系，给定经纬仪a和经纬仪b，调整两台经纬仪使其相互瞄准，建立参考坐标系，其中，经纬仪a的中心为参考坐标系的原点，经纬仪a指向经纬仪b的方向为x轴方向，垂直水平面为z轴方向，与x轴和z轴垂直的方向为y轴方向，则空间点的在参考坐标系下的坐标为： X = sin α b cos α a sin ( α a + α b ) d Y = sin α b sin α a sin ( α a + α b ) d Z = sin α b tan β a sin ( α a + α b ) d , 其中，αa为经纬仪a测得的某空间目标点的水平角，αb为经纬仪b测得该点的水平角，βa为经纬仪a测得的某空间目标点的垂直角；(2)放置第3台经纬仪c，将经纬仪c水平放置在步骤(1)的参考坐标系内，调节经纬仪a和经纬仪b的水平旋转角度，分别将经纬仪a和经纬仪c，经纬仪b和经纬仪c进行互瞄，调整经纬仪c的位置使得经纬仪a和经纬仪b同经纬仪c互瞄时的水平旋转角度相等，则经纬仪c位于经纬仪a，b中心连线的中垂线上；(3)固定相机，将相机安装在经纬仪c上，保证相机光轴方向与经纬仪c视轴方向平行，然后通过光学方法，测量相机坐标系和经纬仪c的位姿关系，进而得到相机坐标系和参考坐标系之间的关系；(4)确定参考坐标系和目标物体坐标系的平移和旋转关系：通过经纬仪a和经纬仪b的协同作用，确定空间中某目标点在参考坐标系下的坐标，当 获得3个点在参考坐标系下的坐标，且这3个点在目标物体坐标系下的坐标也已知，则确定参考坐标系和物体坐标系的平移和旋转关系；(5)求得目标物体三维位姿的参考值：由步骤3可以得到相机坐标系和参考坐标系之间的关系，由步骤4可以得到参考坐标系和物体坐标系之间的关系，继而得到目标物体坐标系和相机坐标系之间的关系，即目标物体三维位姿的参考值，即旋转矩阵R0和平移向量T0，或者6个位姿参数，即(α0 β0 γ0 tx0 ty0 tz0)，其中，α0为俯仰角，β0为翻滚角，γ0为偏航角，tx0，ty0，tz0是空间物体相对于参考坐标系在各个坐标轴的偏移量；二、相机采集图片，利用视觉系统的算法求解相机内参数和目标物体的三维位姿：首先需要利用相机采集多幅标定板的图片，完成相机的内参数标定；之后，采集单幅目标物体图像，计算目标物体的三维位姿的参考值：旋转矩阵R和平移向量T，以及6个位姿参数(α β γ tx ty tz)；三、视觉系统算法验证，包括两个方面：(1)相机内参数计算结果的验证：设定已知目标物体上某一点P在目标物体坐标系上的坐标为 P w = X Y Z , 则P点在相机坐标系下的坐标为 P c = X c Y c Z c = R 0 X Y Z + T 0 , 其中R0和T0是空间物体三维位姿的参考值，Zc是P点在相机坐标系下Z轴方向的距离，即深度信息，P点在图像上的重投影点 P ipro = u v 1 = 1 Z c A X c Y c Z c , 将Pipro与P点在图像上实际的成像点PI进行比较，验证相机内参数计算的正确性；(2)目标物体三维位姿计算的验证：将目标物体三维位姿的参考值和由视觉 系统计算的目标物体的三维位姿的位姿参数(α0 β0 γ0 tx0 ty0 tz0)和(α β γ tx ty tz)进行直接比较，验证视觉系统的测量结果。