[发明专利]基于计算机视觉立方体标定的三维测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，一种以立方体为标定模板的基于计算机视觉立方体标定三维测量方法。

背景技术

计算机视觉要达到的最终目的是实现对于三维景物的理解，即实现人类视觉系统的某些功能。计算机立体视觉研究的目的是利用二维投影图像恢复三维景物。

在测量领域，尽管存在成熟的商业设备，但其标定系统复杂，需要精心地设计标定环境，且整个系统价格昂贵；更为关键的是，为保证精度，基于视觉的测量系统常常采用独立的高像素的单反相机作为图像获取设装备，这使得图像采集和测量两个过程必须分开完成，无法实时地得到测量结果。

发明内容

       本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于计算机视觉立方体标定的三维测量方法，该三维测量方法适用于多种场合，操作简单，并且具有很高的精度。

       为达到上述目的，本发明的构思是：采用的标定物是一个50*50*50mm³的标定立方体，并且自带夹持装置。首先对摄像机进行标定，得到摄像机的内外参数；再对获取的图像对进行特征点识别，匹配，最后计算出关键点的三维坐标及其恢复实际长度。

根据上述发明构思，本发明采用如下的技术方案：一种基于计算机视觉立方体标定的三维测量。其特征在于，操作步骤如下：

1.      首先制作立方体。本发明的立方体尺寸为50*50*50mm³ 且带有夹持装置，表面贴有黑白标记模板（大黑白方框与三个小黑方块的组合图案）；

2.      利用点阵图形模板来标定摄像机内参数，然后利用标定立方体标定摄像机外参及采集图像对；

3.      然后利用SIFT方法对获得的图像对进行特征点识别，利用Flann进行特征点的匹配；

4.      最后计算出关键点的三维坐标，恢复实际长度。

本发明与现有的技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：本方法只需表面贴有黑白标记模板的立方体，就能得到随着摄像机位置变动而引起改变的外参，操作简单，减小了人工干预带来的误差，提高了标定精度，扩大了标定范围；并且无需高精度的单反相机，降低的测量的经济成本；最重要的是能够实时的获取高精度的测量结果。该发明适用于计算机视觉中的摄像机标定，工件测量，工业设计等领域。 

附图说明

图1为标定立方体及其夹持装置等轴图。

图2为标定立方体的各个方向的等轴图。

图3为本发明的基于计算机视觉立方体标定的三维测量方法的流程图。

图4为摄像机内参标定板。中心点到相邻中心点的距离为40mm，点阵数为4                                               6。

图5为立体视觉的对极几何。

图6为理想测量系统物理模型。

图7为理想测量系统几何模型。

具体实施方式

       本发明的实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1和图3，本基于计算机视觉立方体标定的三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)        利用表面贴有黑白标记——大黑白方框与三个小黑方块的组合图案的立方体自带夹持装置，作为标定物；

2)        利用点阵图形模板来标定摄像机内参数，然后利用标定立方体标定摄像机外参及采集图像对；

3)        对获取的图像对利用SIFT方法进行特征点识别，匹配；

4)        最后计算出关键点的三维坐标，恢复实际长度。

实施例二：

       本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

1)        所述黑白标记为一套模板，并且各不相同。

2)        所述立方体标定物及其自带的夹持装置为50*50*50mm³，夹持装置可以在0到50mm之间自由滑动固定。

3)        所述摄像机标定分为两个独立部分，内参与外参的标定。提取多幅图像，利用图像坐标系，世界坐标系及其图像坐标系之间的关系得到投影矩阵，将投影矩证进行QR分解得出摄像机的内外参数。

4)        所述以标定立方体任意一个黑白标记模板中心为三维坐标原点来求出摄像机拍摄图片时的转移矩证，利用转移矩证来恢复关键点的三维坐标。