[发明专利]基于CAD模型的物体位姿预测方法

说明书

本发明公开了一种基于CAD模型的物体位姿预测方法，涉及图像处理方法技术领域。所述方法包括如下步骤：通过标定获取单目摄像头的相关参数，并利用CAD模型生成粗匹配所需数据；检测识别图像中的物体并输出图像的遮罩，通过物体的遮罩得到物体的相关轮廓信息；通过物体的相关轮廓信息结合粗匹配数据得到物体的粗匹配位姿，然后通过迭代算法，得到物体的精确位姿。所述方法可以作为实时性要求不高时对物体位姿检测的算法，其检测精度较高且有较强的抗干扰性能。

技术领域

本发明涉及图像处理方法技术领域，尤其涉及一种基于CAD模型的物体位姿预测方法。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)以计算机图形技术和可视化技术为基础，在三维空间中增添定位虚拟物体，能够将真实场景与虚拟场景的信息集成，具有实时交互性。自基于增强现实的诱导维修的概念提出后，AR在维修领域的研究逐渐深入。如以增强现实技术的机器人，在执行抓取、焊接等任务时，需要通过摄像头采集的视觉信息来预先获取准确的物体三维位姿信息，此外在无人驾驶、航空航天、深海作业、武器制导等方面都需要利用视觉传感器信息来预先判断物体的三维位姿。目前增强现实的传感器主要依赖于摄像头、激光雷达、超声波雷达等，其中摄像头又分为单目摄像头和双目摄像头，其中双目摄像头存在体积大、重量重、价格高、易损坏的问题，而超声波雷达存在精度不高，实时性差，不能有遮挡，易受噪声影响的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种成本低且可准确的得到物体位姿的识别方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于CAD模型的物体位姿预测方法，其特征在于包括如下步骤：

通过标定获取单目摄像头的相关参数，并利用CAD模型生成粗匹配所需数据；

检测识别图像中的物体并输出图像的遮罩，通过物体的遮罩得到物体的相关轮廓信息；

通过物体的相关轮廓信息结合粗匹配数据得到物体的粗匹配位姿，然后通过迭代算法，得到物体的精确位姿。

进一步的技术方案在于，通过标定获取单目摄像头的相关参数的方法包括如下步骤：

构建相机成像模型：

M为三位空间点，m为M在图像平面投影的像点，按照相机涉及的坐标系之间的关系可得到世界坐标系到像素坐标的投影：

可将(1)写成(2)的形式

其中a_x，a_y分别是图像水平轴和垂直轴的尺度因子；K为相机内部参数矩阵；M₁中包含旋转矩阵和平移矢量，M₁中参数是由相机坐标系相对于世界坐标系的位置决定的，因此称M₁为相机外部参数矩阵；内部参数和外部参数矩阵的乘积M为投影矩阵；X_W为世界坐标系中物体中心W所在的x轴坐标，Y_W为世界坐标系中物体中心W所在的y轴坐标，Z_W为世界坐标系中物体中心W所在的z轴坐标；

相机焦距为f所在轴为z正方向，x与y轴处在光心O所在平面，以光心O为相机坐标系原点，在此相机坐标系下则物体中心所在位置用W来表示，其中：

W＝(W_x,W_y,W_z) (3)

规定物体中心就是物体CAD模型中心所在位置，若P＝(u,v)为物体对应像素在图像上的坐标，K为相机内参矩阵，则可以得到此等式：

此等式表示实际物体中心所在位置W在相机坐标系下经过相机内参K后投影到图像后的二维坐标位置P。