[发明专利]一种相机与任意形状物理对象相对位置的估算方法

摘要

本发明涉及一种相机与任意形状物理对象相对位置的估算方法，针对信息物理融合环境下物理对象的定位，利用光场采集物理对象透视投影图像程序，用工业相机随意从任何角度拍摄物理对象，即可快速定位出物理对象与相机的相对位置，与其他方法相比，具有自动化程度高，测量成本低且可以达到实时高效，有效的解决了低成本高效率实时的对机械零件物理对象定位的问题。

主权项

一种相机与任意形状物理对象相对位置的估算方法，其特征在于步骤如下：步骤a：物理对象的形状学习：步骤a1：以需要测量的物理对象为中心、一定距离为半径画一个球面；步骤a2：相机在球面上从多个不同方向采集获得n幅图像；步骤a3：提取每一幅图像的图像描述符Di＝(d1，d2，...，dn)i；n≥10；步骤a4：在球面上连接相机中心，形成球面网格；步骤a5：将图像描述符Di记录到球面网格的顶点，形成物体形状描述符M(D，K)，Di∈D，i＝0,1,…,n，D是Di的集合，K表示拓扑连接关系；步骤b：相对位置估算：步骤b1：相机从任意位置、角度采集测量的物理对象，得到一幅远轴图像I；步骤b2：将远轴图像I变换为轴向图像I’：保持远轴图像I的观察坐标系原点不动，旋转远轴图像I的观察坐标系使相机的主轴通过物理对象中心得到新的观察坐标系C′＝(u′，v′，n′)，旋转过程中保持轴位于平面内，旋转矩阵为：R′＝RβRα其中，α为u′和u之间的夹角，β为n′在uOcn平面的投影向量和n′之间的夹角；计算物理对象上任何一点P在C上的投影pc变换到C′的投影p′c：p′c＝kR′pc其中，k＝f/nz，nz是nR′pc的n方向上的坐标值；步骤c：提取轴向图像I’的轴向图像描述符D′；步骤d：匹配轴向图像描述符D′和物体形状描述符M(D，K)，Di∈D，i＝0,1,…,n， D是Di的集合，得到M中与D’最接近的图像描述符Dx；步骤d1：首先从M中找到与D′最接近的对应网格上的图像描述符Di：将D′与相邻网格上物体形状描述符M中的Dl,l＝1,2,...,m逐一比较，找到满足εl＝min||D′‑Dl||条件的节点Ni，Ni对应的网格上图像描述符就是Di；步骤d2：通过优化目标函数计算得到权因子wi及wij的值，优化计算得到的权因子wi及wij表示M中与D′最接近的图像描述符Dx的重心坐标；步骤d3：根据权因子wi及wij的值的完成位置的插值计算，得到Dx；用权因子wi及wij将图像I′相关的属性D′表示为Ni及其1‑Ring范围邻接顶点相应属性Di和Dj的线性组合：