[发明专利]一种基于立体视觉数学模型的空间点三维坐标求解方法

说明书

本发明提供一种基于立体视觉数学模型的考虑内参中多因素的世界坐标系下空间点三维坐标的高精度求解方法。本发明基于双目立体视觉系统，在标定得出双目立体视觉系统中左右相机参数初始参数后，通过图像重投影误差最小化原则对相机参数进行迭代优化，得到左相机内参不等焦距、右相机内参不等焦距以及左、右相机坐标系相机光轴在左、右图像坐标系中的偏移量。对同一目标点进行拍摄，通过优化后的左右相机参数提高恢复目标点三维信息的精度。并建立左图像坐标系与世界坐标系间关系、建立右相机坐标系与世界坐标系间关系、建立右图像坐标系与右相机坐标系间关系，通过左图像坐标系、右图像坐标系、世界坐标系、右相机坐标系间关系，实现空间点三维坐标的高精度求解。

技术领域

本发明涉及摄影测量的三维重建技术领域，具体涉及一种基于立体视觉数学模型的空间点三维坐标求解方法。

背景技术

摄影测量技术广泛用于人工智能、视觉测量和机器人技术。视觉测量双目三维重建包括图像采集，摄像机标定，图像矫正，图像特征提取和匹配，三维点计算等过程。摄像机标定有典型的介于传统标定和自标定之间棋盘格标定法；针对非线性畸变，可以引入反映畸变影响的修正参数，然后基于控制点或其他方法求解修正系数来对图像进行校正；特征提取和匹配典型的如sift点的提取和匹配算法。通过以上过程得出空间三维点在图像平面上的投影坐标。

作为三维重建最后一步，三维点的计算在双目立体视觉系统中通常采用基于视差方法求解，它是利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。但在两个相机位置摆放不做特别要求时，尤其是平视双目立体视觉系统中由于操作关系两个相机上下位置差异较大时，使用校正矩阵使相机两平面完全行对准后，基于视差和重投影矩阵求解的方法有时无法高精度求解空间点三维坐标，尤其是深度方向信息。

刘洪霞等人专利申请号为CN201610429820.1的专利中提出一种基于双目视觉的大尺寸几何量测量方法，该方法首先采用平面靶标和主动视觉相结合的标定方法，精确标定出视觉系统参数，在根据双目立体视觉模型求出目标点的空间坐标。但该方案在求解的过程中左、右相机只考虑一个有效焦距，且没有考虑到相机坐标系相机光轴在图像坐标系中的偏移量因素。

浙江大学杜歆等人专利申请号为CN200810120794.X的专利中提出了一种基于泰勒级数模型的全向立体视觉三维重建方法，该方法利用泰勒级数模型对全向视觉传感器进行标定，得到相机内参，在外极线校正中对所拍摄的全向立体图像对进行外极线校正，使校正后的极二次曲线与图像扫描线重合，对校正后的立体图像对进行特征点匹配，根据匹配结果计算点的三维坐标。

北京大学李仁举等人专利申请号为CN200810224347.9的专利中提出了一种基于图像的三维重建方法，先获取一组图像并指定其中一幅图像上的一点为待重建点，再计算目标点的128维描述子，然后根据所述描述子反求所述特征点的三维坐标。

华南理工大学徐晓等人专利申请号为CN201210543958.6的专利中提出了一种双目三维重建的方法，该方案根据图像特征线的强弱对图像进行分层特征提取和匹配，匹配的次数由复原要求决定，在利用双目视差的原理和已知的双目镜头的参数计算物理空间的三维坐标。

但在实际中，由于数码相机传感器的缺陷、后处理中图像被非均匀缩放、相机透镜导致的无意的失真、相机使用了失真的格式，透镜将宽屏场景压缩到标准大小的传感器中、相机校准的误差等原因，相机有两个不同的焦距参数；由于成像仪和光轴的交点不可能在成像仪中心，必定有一定的偏移量。在使用一个等效焦距计算空间点三维坐标时，会影响空间点三维坐标点的精度，进而影响整个三维重建过程的效果。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于立体视觉数学模型的空间点三维坐标求解方法，实现世界坐标系下空间点三维坐标的高精度求解。