[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

说明书

本发明涉及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，在刚体上粘贴宝马标记点，将单目相机摆放到合适位置；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；将采集到的N张图像导入到matlab中的相机标定工具箱，输入棋盘格的边长，标定出每张图像中棋盘格坐标系与相机坐标系的转换矩阵；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。本发明通过单台相机方便快速的实现空间点的坐标测量，为3D建模、位姿测量提供很好的测量方法，属于视觉测量方法技术领域。

技术领域

本发明涉及视觉测量方法，具体涉及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。

背景技术

现有的空间点坐标视觉测量技术分为单目视觉测量技术和多目视觉测量技术。

单目视觉测量技术使用一台摄像机作为视觉传感器，利用空间点之间的几何约束知识，建立空间点与对应成像点的矩阵变换关系，完成空间点坐标的测量，但缺乏空间点深度信息。该方法结构简单，测量灵活。

多目视觉测量技术使用两台或多台摄像机作为视觉传感器，可完成视场内任意空间点坐标的测量，测量精度高。但多台摄像机视场范围小，标定复杂，立体匹配困难。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种兼具单目和多目视觉测量技术优点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。该方法实现了刚体上目标点的三维坐标测量，为多体机械系统的3D建模、位置测量提供了便捷的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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，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；此处所说的合适位置指的是在可以拍摄到清晰且完整的棋盘格的位置。

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。

作为一种优选，步骤S101中，待测点为棋盘格靶标的测头可接触到的点。

作为一种优选，步骤S102中，相机拍摄的棋盘格靶标图像包含完整的棋盘格，不必拍摄到测头。

作为一种优选，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。

作为一种优选，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。

作为一种优选，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；