[发明专利]一种远心立体视觉测量方法

摘要

本发明涉及一种远心立体视觉测量装置及其应用于物体三维形貌微米级精度测量的方法，实现被测物体三维形貌数据的微米级获取与检测。远心立体视觉测量装置，包括远心相机A、远心相机B和数据处理计算机。远心相机A、远心相机B固联安装，数据处理计算机与远心相机联通，实时同步采集两台远心相机的图像数据，并解算待测物体三维形貌数据。远心相机在成像景深范围内放大倍率恒定不变，且具有低畸变、大景深等特点，利用远心相机构成的测量系统，测量精度高。极线校正方法，应用于远心立体视觉测量系统，可将后续图像密集匹配的搜索维度由二维简化为一维，提高了密集匹配的效率。

主权项

1.一种远心立体视觉测量方法，用于物体三维形貌微米级精度测量，采用一种远心立体视觉测量装置，装置包括远心相机A、远心相机B和数据处理计算机，所述远心相机A、远心相机B固联安装，具有公共视场，即远心相机A的视角与远心相机B的视角有夹角，夹角范围0°～90°；所述数据处理计算机与远心相机A、远心相机B联通，实时同步采集两台远心相机的图像数据，并解算待测物体三维形貌数据；固联安装是指远心相机A与远心相机B的相对位置固定；其特征在于，测量方法包括以下步骤：第一步,系统标定1.1将远心相机A、B用底座固定,连接数据处理计算机,放置待测物体；1.2建立相机坐标系OA‑XAYAZA、OB‑XBYBZB；远心相机A坐标系OA‑XAYAZA，以远心相机A光心为原点OA,ZA轴与相机光轴重合，取拍摄方向为正方向；YA轴与ZA轴正交，沿远心相机A成像传感器列方向；XA轴与YAZA平面垂直，沿远心相机A成像传感器行方向；远心相机B坐标系OB‑XBYBZB，以远心相机B光心为原点OB,ZB轴与相机光轴重合，取拍摄方向为正方向；YB轴与ZB轴正交，沿远心相机B成像传感器列方向；XB轴与YBZB平面垂直，沿远心相机B成像传感器行方向；1.3计算远心相机A、远心相机B的极线校正内参矩阵K′A和K′B；计算获得远心相机A、B的极线校正内参矩阵K′A和K′B，计算公式如下所示其中，是极线校正后远心相机的放大倍数，(u'₀,v'₀)是极线校正后的像面中心坐标；M_A和M_B分别是远心相机A、B的放大倍数；(u_A0,v_A0)和(u_B0,v_B0)分别是远心相机A、B的成像面中心的坐标；K_A、K_B为远心相机A、B的内参，1.4建立远心相机A、远心相机B的极线校正坐标系远心相机A的极线校正坐标系以远心相机A光心为原点O_A,轴与Z_A轴平行同向；轴垂直于轴和轴；轴与平面垂直；远心相机B的极线校正坐标系以远心相机B光心为原点O_B,轴与Z_B轴平行同向；轴与轴平行同向；轴与平面垂直；1.5计算远心相机A、远心相机B极线校正后新的投影矩阵和计算获得极线校正后远心相机A、B新的投影矩阵和计算公式如下：其中，R'_A2×3和R'_B2×3分别表示极线校正后远心相机A、B各自旋转矩阵R'_A、R'_B的前两行，是极线校正后远心相机A的平移向量t'_A的前两个分量；t'_Bs＝[t'_Bx t'_By]^T是极线校正后远心相机B的平移向量t'_B的前两个分量；Q'_A表示远心相机A的投影矩阵的前3列，表示远心相机A的投影矩阵的第4列；Q'_B表示远心相机B的投影矩阵的前3列，表示远心相机B的投影矩阵的第4列；第二步,待测物体的三维形貌重建2.1放置待测物体将待测物体放置于两台远心相机公共视场区域位置；并确保两台相机的视场覆盖整个待测物体，且清晰成像；2.2数据图像的采集选取合理的拍摄位置和角度，利用测量相机拍摄一张待测物体的图像，并保证所拍摄的图像包含整个待测物体；2.3图像的极线校正利用双线性插值重采样将远心相机A、远心相机B极线校正前的原始图像转化为极线校正图像；对于远心相机A，极线校正后的图像的像点坐标m'A＝[u'A v'A]T可由以下公式计算得到：其中，mA＝[uA vA]T是空间点[xw yw zw]T在远心相机A的极线校正前原始图像上的像点坐标；对于远心相机B，极线校正后的图像上的像点坐标m'B＝[u'B v'B]T可由以下公式计算可得：其中，mB＝[uB vB]T是空间点[xw yw zw]T在远心相机B极线校正前原始图像上的像点坐标；QA表示远心相机A的投影矩阵PA的前3列，qA表示远心相机A的投影矩阵PA的第4列；QB表示远心相机B的投影矩阵PB的前3列，qB表示远心相机B的投影矩阵PB的第4列；2.4图像的密集匹配对极线校正后的图像对沿水平线方向进行密集匹配，得到同名像点坐标对m'A＝[u'A v'A]T和m'B＝[u'B v'B]T；其中，m'A＝[u'A v'A]T是远心相机A极线校正后的图像的像点坐标；m'B＝[u'B v'B]T是远心相机B极线校正后的图像的像点坐标；2.5三维形貌数据计算采用线性最小二乘法获得待测物体表面的世界点坐标[xw yw zw]T。