一种长基线光学交会测量的像点快速匹配方法组成比例

一种长基线布站相机间像点群快速匹配方法，先对两站相机中像点进行畸变像差修正，再将相机1和相机2中像点投影变换到平行于两相机测量基线的同一投影像面内,再将相机1和相机2像面变换到距三维空间坐标系水平轴同一水平高度，平行变换处理后,两站相机像点分别按距三维坐标系水平轴的高度排序；若两像点距三维空间坐标系水平轴高度差小于等于设定匹配阈值，则为正确匹配点。本发明专利技术只需比较像点与坐标系水平轴高度差，不需点到直线距离等复杂计算，有效减小像点匹配计算复杂度，省去大量重复计算，可实现两站相机同名像点快速准确匹配，有效提高长基线光学交会测量像点群匹配速度和匹配正确率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种长基线布站相机间像点群快速匹配方法，先对两站相机中像点进行畸变像差修正，再将相机1和相机2中像点投影变换到平行于两相机测量基线的同一投影像面内,再将相机1和相机2像面变换到距三维空间坐标系水平轴同一水平高度，平行变换处理后,两站相机像点分别按距三维坐标系水平轴的高度排序；若两像点距三维空间坐标系水平轴高度差小于等于设定匹配阈值，则为正确匹配点。本专利技术只需比较像点与坐标系水平轴高度差，不需点到直线距离等复杂计算，有效减小像点匹配计算复杂度，省去大量重复计算，可实现两站相机同名像点快速准确匹配，有效提高长基线光学交会测量像点群匹配速度和匹配正确率。【专利说明】
本专利技术属于空间点群目标三维坐标光学交会测量和工业非接触式立体测量技术 领域，涉及到多台光电经炜仪相机像点快速匹配方法的创新性改进。
技术介绍
在靶场光学交会测量和工业非接触式三维测量等领域，利用两台或两台以上长基 线布站分布式光电经炜仪相机组成的空间坐标测量系统，交会测量空间点群目标三维坐 标，具有系统结构简单、成本低、精度高、可靠性高等优点，已成为空间点群三维立体测量的 一种重要手段。一台测量站相机可测出目标的在像面上的投影坐标位置，只有通过两台或 多台相机之间的像面位置坐标交会计算才能得到目标的空间三维坐标。因此交会测量空间 点群目标三维坐标，需解决不同测量站像点同名点匹配问题，即任给空间多目标群中任意 一点，分别成像到两台相机，已知其在相机1像面中像点位置，精确寻求其在相机2像面的 对应位置，实现交会得到空间坐标。 截止目前空间点群目标光学交会测量普遍采用"异面直线剔除误匹配点法"进行 点群目标像点匹配，该方法具有形象、直观的优点。 但该方法基于"两个测量站之间先两两穷举交会，再利用空间交会点异面直线之 间的距离剔除误匹配点"的思想进行匹配，由于穷举交会，视场中目标增多时，计算量呈几 何级数增加，该方法存在以下问题：1)设两台相机正确匹配点对为n，则运算量为2*nn数量 级，重复计算量巨大且匹配效率低下；2)由于穷举交会得到大量误匹配点，该方法会得到# 个匹配点对，其中η*(η-1)个为误匹配点，误匹配点太多，剔除误匹配点运算量巨大；3)剔 除误匹配点困难，存在正确匹配率低的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种长基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，该方法基 于像面投影极线约束原理，将投影像面平行归一化校正处理，可有效地提高匹配正确率和 效率，从而提高多目标点群光学交会三维空间坐标测量的实时性和自动化程度，克服了现 有匹配方法正确率和效率低下问题，解决了多站光电经炜仪长基线布站测量多目标像点的 匹配实时性和自动交会问题。 本专利技术的技术解决方案是： ，包括以下步骤： 1)获取像点坐标值： 获取三维空间点群在相机1和相机2成像像面上的像点坐标值； 2)投影面平行归一化计算： 2. 1)由相机1和相机2摄影模型的投影中心Ol和02的连线得到测量基线01-02 ; 2. 2)相机1像面变换到平行于测量基线01-02投影像面； 2. 3)相机2像面变换到平行于测量基线01-02投影像面； 3)像点群快速匹配： 3. 1)相机 1 像点群{Ρ1_Γ，Ρ1_2'，Ρ1_3'}和相机 2 像点群{Ρ2_Γ，Ρ2_2'，Ρ2_3'} 中所有点按像点距坐标系OXY水平X轴高度由高到低排序； 3. 2)依序由像点距三维空间坐标系OXY水平X轴高度，从高到低遍历比较相机1 和相机2像点高度； 若相机1与相机2像点距三维坐标系OXZ水平面高度差|d|小于等于设定的匹配 阈值Ε，则两相机像点为正确匹配点对； 若两站相机像点高度差|d|大于设定的匹配阈值Ε，则继续判断d大于零还是小于 零： 若d〈0,则选取相机2像点群中距水平X轴次高点P2_2'（X22,Y22)，同理计算两像 点y轴坐标之差d，直到找到相机2中像点与相机1像点Ρ1_Γy轴坐标之差IdI〈 =E，则 相机2中该像点为相机1像点Ρ1_Γ中正确匹配点；若搜寻完相机2中所有像点，仍找不 到|d|〈=E的像点，则相机1中像点Ρ1_Γ在相机2中无正确匹配点，选取相机1中像点 Pl_2'重新开始上述匹配； 若d>0,则相机1像点Ρ1_Γ在相机2中无正确匹配像点；直接选取相机1中第2 个像点Pl_2'重新开始上述步骤迭代匹配； 3. 3)依次类推，直至遍历完相机1像面上所有像点为止。 上述方法还包括投影面平行归一化计算步骤之前对相机1和相机2的像点群进行 修正的像点匹配像差修正处理步骤： 通过相机标定法得到相机1和相机2各自的透镜畸变系数，依据各自的透镜畸变 系数对光测像点像面坐标值光学畸变像差进行修正。 上述相机1像面变换到平行于测量基线01-02投影像面，主要包括以下步骤： a.由测量基线01-02与相机1像平面空间位置关系，得到相机1像面平行于测量 基线01-02且通过相机1像面中心Ml的坐标旋转变换矩阵； b.由a中得到的旋转变换矩阵，对相机1像面中像点群{Pl_l，Pl_2,Pl_3}进行同 样的坐标旋转变换，得到相机1平行变换处理后的点群{Ρ1_Γ，P1_2'，P1_3' }; c.相机1像面中经旋转变换到通过相机1像面中心ΜΓ且平行于测量基线01-02 的投影成像像面Tl。 上述相机2像面变换到平行于测量基线01-02投影像面，主要包括以下步骤： a.由测量基线01-02与相机2像平面空间位置关系，得到相机2像面平行于测量 基线01-02且通过相机2像面中心M2的坐标旋转变换矩阵； b.经上述旋转变换后的相机2投影像面再沿三维空间坐标系深度轴方向0Z，前后 移动到与相机1像面中心ΜΓ同一深度，即相机2平移后像面中心M2'与相机1像面中心 Ml距三维空间坐标系垂直面OXY距离相同；最后再将相机2投影像面沿三维空间坐标系垂 直轴方向0Y，上下移动到与相机1像面中心ΜΓ同一水平高度，即相机2平移后像面中心 M2'与相机1像面中心ΜΓ距三维空间坐标系水平面OXZ距离相同； C.由2.3)中旋转变换矩阵和两次平移变换矩阵，对相机2像面中像点群 {P2_l，P2_2,P2_3}进行同样的坐标旋转和平移变换得到相机2平行变换归一化处理后的 点群{Ρ2_Γ，P2_2'，P2_3' }; d.相机2像面中经旋转和坐标平移变换到通过相机2平移后像面中心M2'且平行 于测量基线01-02的投影成像像面T2。 本专利技术的有益效果是： 1)现有光学交会测量像点匹配方案是先穷举匹配交会，再剔除错误匹配点对。而 本专利技术利用两站相机投影像点满足匹配像差修正后的投影极线约束原理，同现有穷举匹 配法比较，像点搜索范围由原来的二维平面搜索范围，缩小为一维线搜索范围，节约了计算 量，提高了匹配速度。 2)本专利技术在极线约束匹配的基础上，进一步提出投影像面平行于相机测量基线的 平行归一化快速匹配方法，该方法通过坐标旋转和平移变换，将两站相机像面变换到距三 维空间坐标系水平面同一高度的投影像面上，在两站相机像点匹配时，只需判断两站像点 距距三维空间坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长基线光学交会测量的像点快速匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：1)获取像点坐标值：获取三维空间点群在相机1和相机2成像像面上的像点坐标值；2)投影面平行归一化计算：2.1)由相机1和相机2摄影模型的投影中心O1和O2的连线得到测量基线O1‑O2；2.2)相机1像面变换到平行于测量基线O1‑O2投影像面；2.3)相机2像面变换到平行于测量基线O1‑O2投影像面；3)像点群快速匹配：3.1)相机1像点群{P1_1’,P1_2’,P1_3’}和相机2像点群{P2_1’,P2_2’,P2_3’}中所有点按像点距坐标系OXY水平X轴高度由高到低排序；3.2)依序由像点距三维空间坐标系OXY水平X轴高度，从高到低遍历比较相机1和相机2像点高度；若相机1与相机2像点距三维坐标系OXZ水平面高度差|d|小于等于设定的匹配阈值E，则两相机像点为正确匹配点对；若两站相机像点高度差|d|大于设定的匹配阈值E，则继续判断d大于零还是小于零：若d<0，则选取相机2像点群中距水平X轴次高点P2_2’(X22，Y22)，同理计算两像点y轴坐标之差d，直到找到相机2中像点与相机1像点P1_1’y轴坐标之差|d|<＝E，则相机2中该像点为相机1像点P1_1’中正确匹配点；若搜寻完相机2中所有像点，仍找不到|d|<＝E的像点，则相机1中像点P1_1’在相机2中无正确匹配点，选取相机1中像点P1_2’重新开始上述匹配；若d>0，则相机1像点P1_1’在相机2中无正确匹配像点；直接选取相机1中第2个像点P1_2’重新开始上述步骤迭代匹配；3.3)依次类推，直至遍历完相机1像面上所有像点为止。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程志远，折文集，李艳，张欣，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61