[发明专利]棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法

权利要求书

1.棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S101.在刚体上的若干待测点上粘贴宝马标记点，将单目相机摆放到合适位置，调整相机焦距；

S102.操作员将棋盘格靶标的测头每接触一个宝马标记点的中心时，相机采集获得一张清晰的棋盘格靶标图像，最终得到N张棋盘格靶标图像；

S103.将采集到的N张棋盘格靶标图像导入到matlab中的相机标定工具箱，输入棋盘格的边长，标定出每张棋盘格靶标图像中棋盘格坐标系与相机坐标系的转换矩阵；

S104.棋盘格靶标的测头在棋盘格坐标系上的坐标已知，利用每张棋盘格靶标图像中的棋盘格坐标系与相机坐标系之间的相对位姿关系，求解出各待测点在相机坐标系下的三维坐标。

2.按照权利要求1所述的棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：步骤S101中，待测点为棋盘格靶标的测头可接触到的点。

3.按照权利要求1所述的棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：步骤S102中，相机拍摄的棋盘格靶标图像包含完整的棋盘格。

4.按照权利要求1所述的棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：棋盘格坐标系B的原点建立在棋盘格上的左上角点，x轴和y轴与棋盘格的边线重合，z轴垂直棋盘格平面组成右手坐标系；相机坐标系建立在相机光心处，以光轴为z轴，x轴和y轴分别与相机拍摄的图像边界平行。

5.按照权利要求4所述的棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：步骤S102中，获取的棋盘格靶标图像的个数N≥3；通过张正友标定法求得每幅棋盘格靶标图像中，棋盘格坐标系与相机坐标系之间的转换矩阵R和t。

6.按照权利要求5所述的棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：

棋盘格靶标建立的相机投影模型为：

Q^S＝H_jQ^B

其中，Q为棋盘格上的角点，Q^S为棋盘格角点的成像点在像素坐标系S下的齐次坐标，Q^B为棋盘格角点在棋盘格坐标系B下的齐次坐标，H_j为第j幅图片棋盘格对应的单应性矩阵；

由于在Q^B中，z值等于0，所以单应性矩阵H_j可以表示成

H_j＝A[r₁ r₂ t]Q^B

其中，t为平移矢量，r_i(i＝1,2,3)为旋转矩阵R的列向量；

求得R，t后，待测点在相机坐标系的三维坐标解算公式表示如下：

其中，P_j为被测点，P_j^C表示刚体上第j个待测点在相机坐标系下的坐标，P_j^B表示棋盘格测头的棋盘格坐标系下的坐标，R_j和t_j为表示第j个待测点从棋盘格坐标系到相机坐标系的旋转矩阵及平移向量。

7.按照权利要求5所述的棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：对于测量3点以上的空间点，将棋盘格靶标的测头依次接触待测点，单目相机依次拍摄下这些待测点对应的棋盘格靶标图像，利用张正友标定法确定每个待测点对应的R_j和t_j；若只测量1个空间点时，将棋盘格靶标的测头变换多个位置的接触这个待测点，相机拍得3张以上的图片，标定得出的Rj和t_j用于解算同一个待测点的三维坐标，将多幅棋盘格靶标图像测得的同一待测点坐标求取平均值，获得三维坐标。

8.按照权利要求1所述的棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：棋盘格靶标包括棋盘格和杆状的测头；测头的端部为锥形的尖端。