[发明专利]一种同轴心距等光流折反射相机测距系统的三维重建方法

摘要

本发明公开了一种同轴心距等光流折反射相机测距系统的三维重建方法。旋转体镜面的中心对称轴和透视相机的光轴共线，入射光经镜面反射成像到透视相机，旋转体镜面具有等光流特性的镜面轮廓。该三维重建方法包括建立xyz坐标系，计算反射光线、入射光线与水平面之间的夹角及反射点位置，对被测物体的各个空间点进行测距，计算得到其三维坐标信息，实现三维重建。本发明实现了对立体场景的三维重建，并在速度未知情况下，通过计算被测距物体空间点在相机采集图像上的光流实现三维重建；系统可用于无人驾驶飞机的导航与避障，可降低相机采集到的图像变化速度以及消除相机在观察飞机前方延伸至无限远的水平面时相机的透视变形。

主权项

一种同轴心距等光流折反射相机测距系统的三维重建方法，其特征在于：该相机测距系统包括同轴相对放置的旋转体镜面和透视相机，旋转体镜面的中心对称轴和透视相机的光轴共线，且旋转体镜面的顶点与透视相机光心之间的距离固定，被测物体置于旋转体镜面的下方，被测物体空间点的入射光线经镜面反射成像到透视相机的成像平面，旋转体镜面具有等光流特性的镜面轮廓；该三维重建方法包括以下步骤：1)以透视相机光心为原点建立xyz坐标系，z轴正方向与透视相机光心指向镜面中心轴的方向相同，x轴方向位于水平面，y轴正方向为竖直向上；2)根据被测物体空间点A在相机成像平面上的成像A’到相机成像平面中心的距离η和透视相机的镜头焦距f得到对应于被测物体空间点A的反射光线与水平面之间的夹角θ；并由反射光线的方向和旋转体镜面的镜面轮廓，根据Snell反射定律得到入射光线与水平面的夹角β以及反射点的位置P(x0,y0,z0)，x0、y0、z0分别为入射光线与镜面轮廓交点的三维坐标；3)对被测物体的各个空间点进行测距，得到被测物体空间点到相机光轴的轴心距h；4)将步骤3)中得到的被测物体空间点A到相机光轴的轴心距h代入以下公式计算得到被测物体空间点A的三维坐标信息，实现三维重建：xA＝h·sinαyA＝h·cosαzA=cotβ·(h-x02+y02)+z0]]>其中，xA、yA、zA分别为重建后的被测物体空间点的三维坐标，α为被测物体空间点在相机成像平面的成像和相机成像平面中心的连线与竖直方向的夹角，β为由被测物体空间点的入射光线与水平面的夹角。