本发明专利技术涉及一种共线三特征点单目视觉空间定位方法，属于机器视觉领域。本发明专利技术将定定位摄像机系统工作在中心透视模型中，通过选取三个共线点作为特征点，且其中一点为中点，根据透视投影关系确定特征点空间坐标与投影坐标的关系式，使用摄像机拍摄特征点的图像作为投影坐标，根据特征点之间的位置关系、长度和投影坐标对所确定的关系式进行解算，从而得到特征点的三维空间坐标位置，实现对特征点的定位。本发明专利技术的定位方法采用代数运算即可完成，避免了迭代运算，提高了空间定位的精度和效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种共线三特征点单目视觉空间定位方法，属于机器视觉
技术介绍
单目视觉定位就是仅用一台摄像机完成定位工作。它具有简单易用和适用范围广等特定，无需解决立体视觉中二台摄像机间的最优距离和特征点匹配问题，也不会像全方位视觉传感器那样产生很大的畸变。在机器视觉研究领域，如何在单目视觉条件下完成位置与姿态的求解已经成为一个重要的研究方向，单目视觉定位技术应用于多个方面，例如：摄像机标定、机器人定位、视觉伺服、目标跟踪和监测等。各国的研究人员提出了很多种算法来解决单目视觉定位的问题，其中涉及到的特征点有共面的也有非共面的，所需特征点的数量也不同，而算法大多采用迭代逼近的算法，计算效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种共线三特征点单目视觉空间定位方法，以解决现有单目视觉空间定位方法采用迭代逼近算法所导致计算效率低以及不够准确的问题。本专利技术的技术方案是：一种共线三特征点单目视觉空间定位方法，其特征在于，该定位方法包括以下步骤：1)选取三个共线点作为特征点，且其中一个点为中点；2)根据投射投影关系确定上述三个特征点的空间坐标与投影坐标的关系式；3)使用定位摄像机拍摄特征点的图像作为投影坐标，根据三个特征点之间的位置关系、长度和投影坐标对步骤2)所确定的关系式进行解算，得到特征点的三维空间坐标位置，实现对特征点的定位。所述步骤2)中所确定的关系式为：za=fxaxua]]>zb=fxbxub]]>z=fxxu]]>za=fyayua]]>zb=fybyub]]>z=fyyu]]>其中(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)和(x,y,z)分别为三个特征点A、B和C的空间坐标，C为AB之间的中点，(xua,yua)、(xub,yub)和(xu,yu)分别为三个特征点A、B和C在焦平面上的投影坐标，f为拍摄特征点的投影坐标时所用的焦距。所述步骤3)中的定位摄像机工作在中心透视投影模型中。所述步骤3)进行解算的过程如下：A)根据其中一点为中点的特征对步骤2)所确定的关系式进行化简，z+Δz-a1*x-a1*Δx＝0z-Δz-a2*x+a2*Δx＝0z-a3*x＝0z+Δz-b1*y-b1*Δy＝0z-Δz-b2*y+a2*Δy＝0z-b3*y＝0其中，a1＝f/xua，a2＝f/xub，a3＝f/xu，b1＝f/yua，b2＝f/yub，b3＝f/yu，Δx＝xa-x＝x-xb，Δy＝ya-y＝y-yb，Δz＝za-z＝z-zb，f为摄像机拍摄时所采用的焦距，(xua,yua)、(xub,yub)、(xu,yu)为摄像机实时拍摄到的特征点坐标，a1、a2、a3、b1、b2、b3可实时计算出来；B)将化简后的结果进行进一步推导可得：Δx＝z/c1Δy＝z/c2Δz＝z/c3其中c1＝(a1-a2)*a3/(2a3-a1-a2)，c2＝(b1-b2)*b3/(2b3-b1-b2)c3＝(a1-a2)*a3/(a1*a3+a2*a3-2a1*a2)；C)将任意两个特征点之间的长度带入步骤B)所推导的关系式和步骤2)确定的关系式，求解出特征点C的空间坐标(x,y,z)为：x=xu*zf]]>y=yu*zf]]>z=L1c12+1c22+1c32]]>其中L为AC的长度；D)根据三个特征点共线且其中一个为中点的特征以及步骤C)所解算出的中点坐标求解其它两个特征点的空间坐标，从而实现对三个共线特征点的空间定位。本专利技术的有益效果是:本专利技术将定定位摄像机系统工作在中心透视模型中，通过选取三个共线点作为特征点，且其中一点为中点，根据透视投影关系确定特征点空间坐标与投影坐标的关系式，使用摄像机拍摄特征点的图像作为投影坐标，根据特征点之间的位置关系、长度和投影坐标对所确定的关系式进行解算，从而得到特征点的三维空间坐标位置，实现对特征点的定位。本专利技术的定位方法采用代数运算即可完成，避免了迭代运算，提高了空间定位的精度和效率。附图说明图1是中心透视投影模型坐标系示意图；图2是特征点空间关系示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术的目的是提供一种共线三特征点的单目视觉空间定位方法，以快速、准确的完成特征点空间位置的解算。本专利技术假定定位摄像机系统工作在中心透视投影模型中。1.选取3个共线点作为特征点，分别记为A(xa,ya,za)、B(xb,yb,zb)和C(x,y,z)，A、B分别为两个端点，C为AB连线的中点，且AC的长度为L。2.根据透视投影关系确定特征点空间坐标与投影坐标的关系。如图1所示，摄像机坐标系为[Xc,Yc,Zc]，图像坐标系为[xu,yu]，根据中心透视投影方程，则有：xu=fxczc]]>yu=fyczc]]>即投影点的x坐标仅与成像焦距、特征点的x坐标和z坐标相关，投影点的y坐标仅与成像焦距、特征点的y坐标和z坐标相关。摄像机实时拍摄到的三个特征点坐标分别为A’(xua,yua)、B’(xub,yub)、C’(xu,yu)，拍摄时所用的焦距为f。根据透视投影关系确定特征点空间坐标与投影坐标之间的关系为：za=fxaxua---1-1]]>zb=fxbxub---1-2]]>z=fxxu---1-3]]>za=fyayua---1-4]]>zb=fybxub---1-5]]>z=fyyu---1-6]]>3.根据三个特征点之间的位置关系，C为A、B的中点，可知：xa＝x+Δx 2-1xb＝x-Δx 2-2ya＝y+Δy 2-3yb＝y-Δy 2-4za＝z+Δz 2-5zb＝z-Δz 2-64.根据三个特征点之间空间位置坐标的关系对所确定的特征点空间坐标与投影坐标之间的关系式变化为：z+Δz=fx+Δxxua---3-1]]>z-Δz=fx-Δxxub---3-2]]>z=fxxu---3-3]]>z+Δz=fy+Δyyua---3-4]]>z-Δz=fy-Δyyub---3-5]]>z=fyyu---3-6]]>5.算式进一步简化为：z+Δz-a1*x-a1*Δx＝0 4-1z-Δz-a2*x+a2*Δx＝0 4-2z-a3*x＝0 4-3z+Δz-b1*y-b1*Δy＝0 4-4z-Δz本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种共线三特征点单目视觉空间定位方法，其特征在于，该定位方法包括以下步骤：1)选取三个共线点作为特征点，且其中一个点为中点；2)根据投射投影关系确定上述三个特征点的空间坐标与投影坐标的关系式；3)使用定位摄像机拍摄特征点的图像作为投影坐标，根据三个特征点之间的位置关系、长度和投影坐标对步骤2)所确定的关系式进行解算，得到特征点的三维空间坐标位置，实现对特征点的定位。
【技术特征摘要】
1.一种共线三特征点单目视觉空间定位方法，其特征在于，该定位方法包
括以下步骤：
1)选取三个共线点作为特征点，且其中一个点为中点；
2)根据投射投影关系确定上述三个特征点的空间坐标与投影坐标的关系式；
3)使用定位摄像机拍摄特征点的图像作为投影坐标，根据三个特征点之间
的位置关系、长度和投影坐标对步骤2)所确定的关系式进行解算，得到特征点
的三维空间坐标位置，实现对特征点的定位。
2.根据权利要求1所述的共线三特征点单目视觉空间定位方法，其特征在
于，所述步骤2)中所确定的关系式为：
za=fxaxua]]>zb=fxbxub]]>z=fxxu]]>za=fyayua]]>zb=fybyub]]>z=fyyu]]>其中(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)和(x,y,z)分别为三个特征点A、B和C的空间坐标，C为AB
之间的中点，(xua,yua)、(xub,yub)和(xu,yu)分别为三个特征点A、B和C在焦平面上的
\t投影坐标，f为拍摄特征点的投影坐标时所用的焦距。
3.根据权利要求1所述的共线三特征点单目视觉空间定位方法，其特征在于，
所述步骤3)中的定位摄像机工作在中心透视投影模型中。
4.根据权利要求2所述的共线三特征点单目视觉空间定位方法，其特征在于，
所述步骤3)进行解算的过程如下：
A)根据其中一点为中点的特征对步骤2)所确定的关系式进行化简，
z+Δz-a...
【专利技术属性】
技术研发人员：王丽君，张锦赓，刘中海，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41
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