一种双目视觉测量系统精度分析方法技术方案

本发明专利技术的双目视觉测量系统精度分析方法，针对双目视觉测量系统开展系统精度分析，通过建立了双目测量系统相机参数、摆放基线与系统精度之间的解析关系，利用该解析关系，我们可以根据系统的精度要求，确定相机参数、摆放角度和基线等参数，从而实现了可量化的系统设计。本发明专利技术的双目视觉测量系统精度分析方法，可用作实际工程计算的复核与参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理
，涉及一种双目视觉测量系统精度分析方法。
技术介绍
双目视觉测量系统的基本原理是由两个摄像机从不同角度同时获取周围景物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体三维几何信息，重建周围景物的三维形状与位置。双目视觉测量系统目前主要应用于四个领域：机器人导航、微操作系统的参数检测、三维测量和虚拟现实。人们形象地将双目视觉测量系统称作是系统的“眼睛”,它具有自动化、客观、非接触和高精度的特点，双目视觉测量系统的精度直接关系到系统的工作成效。
技术实现思路
为了解决现有技术中的技术问题，本专利技术提供一种双目视觉测量系统精度分析方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：一种双目视觉测量系统精度分析方法，其适用的分析装置包括：两个相机；视觉测量系统的坐标原点建立在其中一台相机的投影中心；设两个相机的有效焦距分别为f1、f2，两个相机的投影中心分别为O1、O2，相机视场角为投影中心之间的距离即为基线距B；基线距B与相机两个光轴的夹角分别是α1、α2；空间一点P(x,y,z)在xz平面的投影点为P'，O1P、O2P与O1P′、O2P′的夹角分别记为O1P′、O2P′与两个相机光轴的夹角分别ω1、ω2；该分析方法包括以下步骤：根据几何关系，可以得到：z即为目标点P到测量系统的距离z，由几何关系还可以得到有关的表达式：由以上两式，任意空间一点P的三维坐标可以表示为进一步由几何关系，可得到关于的表达式：根据针孔成像原理，可知：求偏导数计算系统精度如下：为简化分析，令f1＝f2＝f，α1＝α2＝α这里给出在相机基线的垂直平分线上点的测量精度，因此ω1＝ω2＝ω；距离测量精度如下：其中△为空间点P在成平面上的成像偏差，这里△＝p，认为偏差不会大于1个像元。在上述技术方案中，绕x轴旋转精度分析具体为：空间点P绕x轴旋转η度时；对(4)式求偏导得：在上述技术方案中，绕y轴旋转精度分析具体为：空间点P绕y轴旋转β度时；对(6)式求偏导得：在上述技术方案中，绕z轴旋转精度分析具体为：空间点P绕z轴旋转γ度时；由于γ很小，此时Y方向的变化量会远大于X方向变化量，因此仅考虑Y方向变化，其中a/2为视场覆盖范围的一半，则有绕z轴旋转精度为：本专利技术具有以下的有益效果：本专利技术的双目视觉测量系统精度分析方法，可用作实际工程计算的复核与参考。本专利技术的双目视觉测量系统精度分析方法，针对双目视觉测量系统开展系统精度分析，通过建立了双目测量系统相机参数、摆放基线与系统精度之间的解析关系，利用该解析关系，我们可以根据系统的精度要求，确定相机参数、摆放角度和基线等参数，从而实现了可量化的系统设计。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为双目立体视觉成像模型示意图。图2为绕x轴旋转时的成像示意图。图3为绕y轴旋转时的成像示意图。图4为绕z轴旋转时的成像示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做以详细说明。1.位置测量精度分析为了分析双目立体视觉配置以及参数对精度的影响，建立如图1的精度分析模型。方便起见，把视觉测量系统的坐标原点建立在其中一台相机的投影中心。设两个相机的有效焦距分别为f1、f2，两个相机的投影中心分别为O1、O2，相机视场角为投影中心之间的距离即为基线距B。基线距B与相机两个光轴的夹角分别是α1、α2。空间一点P(x,y,z)在xz平面的投影点为P'，O1P、O2P与O1P′、O2P′的夹角分别记为O1P′、O2P′与两个相机光轴的夹角分别ω1、ω2。根据图1中的几何关系，可以得到：z即为目标点P到测量系统的距离z，由几何关系还可以得到有关的表达式：由以上两式，任意空间一点P的三维坐标可以表示为进一步由图1的几何关系，可得到关于的表达式：根据针孔成像原理，可知：求偏导数计算系统精度如下：为简化分析，令f1＝f2＝f，α1＝α2＝α这里给出在相机基线的垂直平分线上点的测量精度，因此ω1＝ω2＝ω。距离测量精度如下：其中△为空间点P在成平面上的成像偏差，这里△＝p，认为偏差不会大于1个像元。2.绕x轴旋转精度分析空间点P绕x轴旋转η度时，P'的成像示意图如图2所示。对(4)式求偏导得：3.绕y轴旋转精度分析空间点P绕y轴旋转β度时，P'的成像示意图如图3所示。对(6)式求偏导得：4.绕z轴旋转精度分析空间点P绕z轴旋转γ度时，P'的成像示意图如图4所示。由于γ很小，此时Y方向的变化量会远大于X方向变化量，因此仅考虑Y方向变化，其中a/2为视场覆盖范围的一半，则有绕z轴旋转精度为：本专利技术的双目视觉测量系统精度分析方法的检验过程如下：1.硬件环境：matlab2013。2.步骤1)软件配置名称：Stereo_precision.m位置：此文件位于系统中的精度分析位置功能：能够根据相机参数计算系统精度。步骤：见下面接口：输入为相机参数，输出为平移旋转精度。2)步骤a)设置相机参数信息(1)相机焦距f＝12mm；(2)像元尺寸p＝4.8um；(3)相机视场角为42°×27°；(4)双目相机基线B＝200mm；(5)相机光轴与水平夹角α＝79°。b)将a)中的参数代入(11)～(13)、(16)、(19)、(22)式得到X、Y、Z轴方向的平移精度和绕X、Y、Z轴的旋转精度。根据公式(11)～(13)、(16)、(19)、(22)计算不同距离下的距离和旋转精度如表1所示。表1距离和旋转精度从上述实验结果可以看出，利用本专利技术的双目视觉测量系统精度分析装置，可以根据系统的精度要求，确定相机的参数、摆放角度和基线等参数，从而实现了可量化的系统设计，本专利技术给出的分析方法和分析结果可用作实际工程计算的复核。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利技术创造的保护范围之中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双目视觉测量系统精度分析方法，其特征在于，其适用的分析装置包括：两个相机；视觉测量系统的坐标原点建立在其中一台相机的投影中心；设两个相机的有效焦距分别为f1、f2，两个相机的投影中心分别为O1、O2，相机视场角为投影中心之间的距离即为基线距B；基线距B与相机两个光轴的夹角分别是α1、α2；空间一点P(x,y,z)在xz平面的投影点为P'，O1P、O2P与O1P′、O2P′的夹角分别记为O1P′、O2P′与两个相机光轴的夹角分别ω1、ω2；该分析方法包括以下步骤：根据几何关系，可以得到：z即为目标点P到测量系统的距离z，由几何关系还可以得到有关的表达式：由以上两式，任意空间一点P的三维坐标可以表示为进一步由几何关系，可得到关于的表达式：根据针孔成像原理，可知：求偏导数计算系统精度如下：为简化分析，令f1＝f2＝f，α1＝α2＝α这里给出在相机基线的垂直平分线上点的测量精度，因此ω1＝ω2＝ω；距离测量精度如下：其中Δ为空间点P在成平面上的成像偏差，这里Δ＝p，认为偏差不会大于1个像元。

【技术特征摘要】
1.一种双目视觉测量系统精度分析方法，其特征在于，
其适用的分析装置包括：两个相机；视觉测量系统的坐标原点建立在其中一台相机的投影中心；
设两个相机的有效焦距分别为f1、f2，两个相机的投影中心分别为O1、O2，相机视场角为投影中心之间的距离即为基线距B；基线距B与相机两个光轴的夹角分别是α1、α2；空间一点P(x,y,z)在xz平面的投影点为P'，O1P、O2P与O1P′、O2P′的夹角分别记为O1P′、O2P′与两个相机光轴的夹角分别ω1、ω2；
该分析方法包括以下步骤：
根据几何关系，可以得到：
z即为目标点P到测量系统的距离z，由几何关系还可以得到有关的表达式：
由以上两式，任意空间一点P的三维坐标可以表示为
进一步由几何关系，可得到关于的表达式：
根据针孔成像原理，可知：
求偏导数计算系统精度如下：
为简化分析，令f1＝f...

【专利技术属性】
技术研发人员：邸男，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22