[发明专利]一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法

权利要求书

1.一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：步骤如下：

第一步，采用标定方法将立体相机对的左相机坐标系引出到与相机固联安装、相对位置不变的基准镜上；

第二步，对相机对拍摄的场景用地形扫描设备进行扫描，得到三维扫描数据点云，利用测量设备瞄准基准镜，并采用可被地形扫描设备和测量设备识别的靶标，通过公共点转换方法将测量设备坐标系、地形扫描坐标系和基准镜坐标系转换至同一坐标系下，从而得到地形扫描坐标系和相机坐标系的坐标转换关系；

第三步，利用立体相机拍摄的图像恢复场景的离散三维坐标，根据第二步得到的坐标转换关系，确定相机在地形扫描坐标系下位置和姿态，利用小孔成像原理，对应相机图像像素出射线和扫描数据点云的交点，建立三维扫描数据点云和相机恢复数据点云之间的对应关系，得到对应点坐标；

第四步，将第三步得到的对应点坐标统一到相机坐标系下，计算误差，描绘误差曲线，评定立体视觉三维恢复数据的精度。

2.根据权利要求1的一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：所述第二步中的靶标中心基准精度优于0.2mm，靶标旋转中心上标识有十字刻线，且靶标要大于3个，布置位置不能在一条直线上，相互之间的位置尽量远。

3.根据权利要求1的一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：所述地形扫描设备采用激光三维扫描仪，激光三维扫描仪对相机拍摄的场景进行多测站的扫描，覆盖场景所有数据。

4.根据权利要求1的一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：所述测量设备采用经纬仪。

5.根据权利要求1的一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：所述第二步中得到三维扫描数据点云精度为4mm，均匀等间距分布。

6.根据权利要求1的一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：所述第三步中相机恢复的离散三维坐标值为不等间距，且离散三维坐标值随着测量距离的增加，逐渐稀疏。

7.根据权利要求1的一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：所述第三步中利用小孔成像原理，对应相机图像像素出射线和扫描数据点云的交点，建立三维扫描数据点云和相机恢复数据点云之间的对应关系，得到对应点坐标方法如下：

(1)按照小孔成像原理，以相机坐标系的原点为空间射线的起点，相机坐标系下图像上像素点的坐标为射线上的另一点，这两点确定唯一已知的空间出射线，空间出射线和扫描数据点云相交，选择点云中到射线距离最短且满足阈值D_max限定的点即为像素对应的测量点，根据所述像素对应的视觉测量值，建立相机恢复的数据点云和三维扫描数据点云之间初步的对应关系；

(2)考虑三维扫描数据点云中到射线距离小于阈值D_max的所有点，求取这些点与相机在该点恢复的三维坐标的偏差，如果偏差值方差大于设定阈值V_max，则认为该点为边缘点，取其中偏差最小的点作为该像素点的对应三维扫描数据点，完成修正后建立三维扫描数据点云和相机恢复数据点云之间的对应关系，得到对应点坐标。

8.根据权利要求1的一种用于立体视觉三维恢复数据精度测量的试验验证方法，其特征在于：所述第四步描绘误差曲线，评定立体视觉三维恢复数据的精度的方法如下：

(1)将x，y，z坐标在相机坐标系下描述，相机坐标系定义如下：相机光心为坐标系原点，从相机后方向前看，Z轴沿着光轴的方向向前，X轴垂直于光轴的方向向右，Y轴垂直于光轴方向向下；

(2)计算相机恢复数据点三维坐标和对应的地形扫描数据点三维坐标X、Y、Z方向的偏差量Δx、Δy和Δz，以及距离

(3)以Z为横轴，纵轴分别为Δx、Δy和Δz绘制散点图，按照纵轴Δz′＝-(z²/f×B)Δd，Δx′＝Δy′＝-(z/f)Δd′分别绘制理论曲线，其中f表示焦距，B表示立体相机对基线，Δd表示相机左右图像的匹配误差，Δd′表示相机左右图像的像素误差平均值；当曲线能包含70％以上Δx、Δy和Δz的误差散点时，此刻的Δd就表示立体相机对当前图像1σ下的匹配误差，Δd′表示立体相机对当前图像1σ下的像素误差平均值；Δx′、Δy′和Δz′分别表示X、Y、Z方向的理论误差；

(4)在同一个坐标系下，采用不同的颜色同时描绘立体相机恢复的三维坐标点和与其对应的扫描三维坐标点，观察两者三维地形的吻合程度，确认立体相机的三维恢复是否可信。