[发明专利]一种采用三维参数自适应的相机空间定位方法

权利要求书

1.一种采用三维参数自适应的相机空间定位方法，其特征在于如下步骤：

步骤S10，选取被测物体的左右两侧两个位置，分别先后放置靶标，采用相机对靶标进行拍照，并检测出靶标在照片中的像素位置，测量靶标偏离被测物体的位置坐标以及靶标坐标系与相机世界坐标系之间的旋转夹角如下：

首先选取被测物体的左侧，偏离被测物体中心(x_b1,y_b1,z_b1)的位置，放置第一个靶标，然后采用相机对靶标进行拍照，并检测出第一个靶标在照片中的像素位置，其二维坐标记作(u₁,v₁)，并测量记录(x_b1,y_b1,z_b1)的第一个靶标坐标系与相机世界坐标系的xoz平面旋转夹角，记作α₁；然后在被测物体的右侧，偏离中心靶标位置(x_b2,y_b2,z_b2)位置，放置第二个靶标，然后采用相机对靶标进行拍照，并检测出靶标在照片中的像素位置，其二维坐标记作(u₂,v₂)，并测量记录(x_b2,y_b2,z_b2)的第二靶标坐标系与相机世界坐标系的xoz平面旋转夹角，记作α₂；

步骤S20，根据所述的偏离中心靶标位置坐标以及相应辅助靶标坐标系与相机世界坐标系的xoz平面旋转夹角，解算两个靶标偏离中心靶标在相机世界坐标系的位置偏离值如下：

x_a1＝x_b1 cosα₁+z_b1 sinα₁；

z_a1＝-x_b1 sinα₁+z_b1 cosα₁；

y_a1＝y_b1；

x_a1＝x_b1 cosα₁+z_b1 sinα₁；

z_a2＝-x_b2 sinα₂+z_b2 cosα₂；

y_a2＝y_b2；

其中α₁为第一个靶标坐标系与相机世界坐标系的xoz平面旋转夹角；(x_a1,y_a1,z_a1)为第一个靶标偏离被测物体中心位置在相机世界坐标系的位置偏离值；α₂为第二个靶标坐标系与相机世界坐标系的xoz平面旋转夹角；(x_a2,y_a2,z_a2)为第二个靶标偏离被测物体中心位置在相机世界坐标系的位置偏离值；

步骤S30，根据所述的两个靶标偏离被测物体中心位置在相机世界坐标系的位置偏离值以及两个靶标在照片中的像素位置的二维坐标，进行插值，得到中间点偏离位置坐标数据与中间点像素位置坐标数据如下：

其中n为插值点数，该点数尽量取值较大，选取n＞500以上；x_c(i)为中间点偏离的x向坐标；、y_c(i)为中间点偏离的y向坐标；、z_c(i)为中间点偏离的z向坐标；u_c(i)为中间点像素位置横坐标；v_c(i)为中间点像素位置纵坐标；

步骤S40，根据相机内外参数与所述的中间点偏离位置坐标数据与中间点像素位置坐标数据求解世界坐标系综合数据与世界坐标误差数据、世界坐标x向系数数据、世界坐标y向系数数据、世界坐标z向系数数据如下：

b(i)＝-[r₃₁(u_c(i)-u₀)-mr₁₁]x_c(i)-[r₃₂(u_c(i)-u₀)-mr₁₂]y_c(i)；-[r₃₃(u_c(i)-u₀)-mr₁₃]z_c(i)-t₃(u_c(i)-u₀)+mt₁-[r₃₁(v_c(i)-v₀)-nr₂₁]x_c(i)-[r₃₂(v_c(i)-v₀)-nr₂₂]y_c(i)-[r₃₃(v_c(i)-v₀)-nr₂₃]z_c(i)-t₃(v_c(i)-v₀)+nt₂

e(i)＝b(i+1)-b(i)；

a_x(i)＝[r₃₁(u_c(i)-u₀)-mr₁₁]+[r₃₁(v_c(i)-v₀)-nr₂₁]；

a_y(i)＝[r₃₂(u_c(i)-u₀)-mr₁₂]+[r₃₂(v_c(i)-v₀)-nr₂₂]；

a_z(i)＝[r₃₃(u_c(i)-u₀)-mr₁₃]+[r₃₃(v_c-v₀)-nr₂₃]；

其中f为相机焦距，c_x、c_y为照片每个像素的实际物理尺寸参数，上述三个参数为相机的内部参数；m为相机横向综合系数、n相机纵向综合系数；b(i)为世界坐标系综合数据、e(i)为世界坐标系误差数据；u₀、v₀表示图像坐标系的中心在像素坐标系的像素位置横坐标与纵坐标；(t₁,t₂,t₃)为相机坐标系与世界坐标系之间的三个轴向平移参数；(r₁₁,r₁₂,r₁₃,r₂₁,r₂₂,r₂₃,r₃₁,r₃₂,r₃₃)为相机的九个旋转参数，上述12个参数为相机的外部参数，可以通过自行测量与标定获得，a_x(i)为世界坐标x向系数数据、a_y(i)为世界坐标y向系数数据、a_z(i)为世界坐标z向系数数据；

步骤S50，根据所述的世界坐标误差数据与世界坐标x向系数数据、世界坐标y向系数数据、世界坐标z向系数数据，设计x向、y向、z向非线性自适应规律，分别求解被测物体位置在世界坐标系x向、y向、z向的三维坐标如下：

x_w(i+1)＝x_w(i)-k₁a_x(i)f_x；

y_w(i+1)＝y_w(i)-k₂a_y(i)f_y；

z_w(i+1)＝z_w(i)-k₃a_z(i)f_z；i＝1,2,3,…,n；

其中ε₁、ε₂、ε₃为常值参数；k₁、k₂、k₃为常值参数，用于调节自适应速度快慢；f_x、f_y、f_z分别为x向、y向、z向非线性自适应规律；x_w(n)、y_w(n)、z_w(n)分别为被测物体位置在世界坐标系x向、y向、z向的三维坐标。