[发明专利]一种利用十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法

摘要

本发明提供了一种利用十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法，将相机与十字结构光传感器同向放置，根据物体表面的直线特征调整测量装置，使十字结构光与物体表面的一条直线有两个交点，测量时通过处理器对相机捕获的图像进行处理计算，得到物体于相机之间的相对位置和姿态信息。本发明实现了在相机对缺乏平行约束条件的非合作目标位姿的测量，大大简化了计算，提高了运算效率，满足室内微小型载体的载重要求。

主权项

1.一种利用十字结构光辅助的单目视觉位姿测量方法，其特征在于包括以下步骤：1）建立相机坐标系C-X_cY_cZ_c、图像坐标系o-uv、十字结构光坐标系L-X_lY_lZ_l以及物体坐标系O_o-X_oY_oZ_o，其中相机坐标系、图像坐标系与通常的定义一致；十字结构光坐标系的原点为十字结构光发出点，Z_l轴与十字结构光两平面的交线重合，方向与光线射出方向一致，X_l轴、Y_l轴分别沿两个垂直光线平面与Z_l轴构成右手系；物体坐标系原点位于物体表面某一线段的端点，X_o轴与该线段重合指向另一端点，Z_o轴垂直物体表面向外，Y_o轴与X_o轴、Z_o轴构成右手系；2）定义物体坐标系相对相机坐标系的旋转关系R与平移关系T，其中R表示物体坐标系先绕X_o轴逆时针转动γ角，再绕Y_o轴逆时针转动θ角，最后绕Z_o轴逆时针转动ψ角，即R=cosψcosθ-cosψsinθsinγ-sinψcosγ-cosψsinθcosγ+sinψsinγsinψcosθ-sinψsinθsinγ+cosψcosγ-sinψsinθcosγ-cosψsinγsinθcosθsinγcosθcosγ;]]>3）将相机与十字结构光传感器同向放置并进行标定，包括相机内参、相机坐标系与十字结构光坐标系间的位移和旋转关系；使十字结构光在物体表面的亮斑与物体表面在X_o轴上的线段有两个交点，此交点即为特征点，相机捕捉这两点以及十字结构光与物体表面轮廓另外任意一个交点；4）利用图像处理算法获得步骤3）中所需的三个交点，利用单点三角测距法计算这三个点在相机坐标系下的坐标(i＝0,1,2)，得到特征点在物体坐标系下X_o轴方向的差，表示为b；5）利用步骤2）中定义的旋转关系R描述步骤4）中获得的三个点，得到三个方程组，利用这三个点在物体坐标系下的关系，通过线性变换对方程组进行化简消元，得到物体坐标系三轴相对相机坐标系的旋转角度γ=arctan=(z1c-z0c)cosθ-(y1c-y0c)sinθcosψ-(x1c-x0c)sinθsinψcosψ(y1c-y0c)-sinψ(x1c-x0c);]]>6）利用步骤2）中定义的旋转关系R以及步骤3）得到的三个交点中任意一点在相机坐标系下的坐标，可以得到该点在物体坐标系下的坐标，进而获得物体坐标系原点在相机坐标系下的坐标，即可得到物体坐标系与相机坐标系之间的平移矩阵T=[x0c-x0o,y0c-y0o,z0c-z0o]T.]]>