四像机组平面阵列特征点三维测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统及测量方法，属于光学电子测量技术产品和方法的技术领域；包括至少一组以四台数码相机组成2×2阵列组的四像机组建立的测量系统；对像机组采集的图像特征点进行匹配运算；根据匹配好的特征点像坐标，计算各个特征点的空间位置坐标；根据空间位置坐标，计算被测物的其它需要特别测量的三维尺寸，形成三维点云数据，建立三维点云图形，进行三维立体重现；本发明专利技术可以直接将测量图像经过按像素点逐点在X轴和Y轴方向平移、叠加、比较后将所有测量物能够被测到的点进行完全匹配；该方法可以极大的简化双目匹配的复杂算法，实现利用多目相机简单，快速，准确的直接测量物体三维尺寸的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统及测量方法，属于光学电子测量技术产品和方法的
；具体说属于采用数字相机组对被测物的三维特征点坐标通过图像处理的方式进行位置和尺寸测量并计算出被视物体特征点三维位置坐标点云数据的方法的

技术介绍
目前快速准确的计算出被视物体特征点的三维位置坐标点云数据进而实现被视物体全部外观尺寸的三维立体快速精确测量的三维测量采用的方式和存在的问题如下所述：一、单点视觉测量法我们可以将各类非接触长度测量传感器视为单点视觉；典型的如激光测距传感器以及叠加高速扫描功能的激光扫描仪。依靠单点高速扫描，单点视觉可以做成三维立体视觉系统，但该类系统的缺点是对测量物整体不能快速全面的把握其形貌特征，动态测量时，对于快速移动物体产生变形，容易产生测量死角；同时，三维点云数据处理速度和算法有待进一步的加强。二、平面视觉测量法平面视觉主要采用各类相机进行二维成像。目前，各类照相机、摄像机、视频监控等得到广泛应用。二维图像在线测量，广泛用于印刷和包装线质量检测，产品质量外观检测等各类特定对象的流水线检测。通过二维成像可对视场范围内的物体进行一次性成像，通过边缘和分类算法对物体进行检测和智能化处理。其最大的问题是难以根据平面图像直接计算出物体的物理尺寸，对于三维检测，如果只进行独立的图像分析，只能进行平面外观轮廓的定性分析。三、三维视觉测量目前，能够真正实现三维数据直接采集的设备还没有出现，所谓的三维视觉都是由一维和二维视觉的相关设备和技术组合而成；三维视觉及测量技术主要包括以下几种：①.光截图技术及线激光测量光截图技术及线激光测量是将三维测量通过激光平面的建立，变为二维问题进行解决。由一个线激光发生器产生一个激光平面，通过与该平面成一定角度布置的数字摄像机成像后，对图像进行二值化处理，得到被测物体与该激光线交线的图像，该激光平面与二维图像像素之间具有唯一的对应关系，通过标定可实现该物体激光切线的精确测量。目前线激光测距仪可对激光线上各点距离的直接测量，基本都采用此方法。②.双目或多目视觉测量技术人眼之所以能够快速判断被视物体的远近和大小，是由于人类拥有固定间距同时可动态调焦调角度的两只眼睛，同时还拥有一个运算速度目前最快速的计算机都难以企及的大脑的缘故。如果有两只固定距离和焦距的相机对同一物体同时成像，他们成像的图像之间对被测物体同一个测量点，具有唯一的对应关系。这就是双目视觉测量原理。目前3D电影基本采用该方法进行拍摄和立体重现。对于双目视觉来说，由于物体边缘特征提取及双目像素匹配算法目前的技术还存在困难，难以将双目图像进行快速准确的匹配，双目或多目视觉测量还没有实现大规模应用，双目直接测量和图像识别的产品目前也还没有见到。专利技术目的本专利技术提供了一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统及测量方法。以实现利用多目相机简单，快速，准确的直接测量物体三维尺寸的目的。为达到所述目的本专利技术的采用的技术方案和方法是：一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统，包括至少一组以四台数码相机组成为一组的四像机组；所述的四台数码相机组成的一组四像机组以2×2阵列形式设置；所述的四台数码相机包括a相机，b相机，c相机和d相机；该a相机，该b相机，该c相机和该d相机在同一平面上布置；所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的成像光轴上的焦点点Oa、Ob、Oc、Od在同一平面上且组成一个矩形形成一个矩形平面；该a相机，该b相机，该c相机和该d相机四台相机的成像光轴中心线均垂直于该矩形平面；所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的型号完全相同，镜头也完全相同；所述的a相机，b相机相对位置为水平设置，所述的c相机，d相机相对位置为水平设置；所述的a相机，c相机相对位置为垂直设置，所述的b相机，d相机相对位置为垂直设置。该四台数码相机组成的一组四像机组以选定相机的成像光轴上的焦点与相邻三台相机的成像光轴上的焦点点组成一个矩形，形成一个矩形平面的四台数码相机组成，且四相机的成像光轴中心线均垂直于该矩形平面。该四像机组以2×3，2×4，2×5，3×2，3×3，3×4，3×5或4×4阵列形式设置。还包括至少一台垂直激光器和至少一台水平激光器；该垂直激光器位于Oa、Ob连线的垂直平分线上设置；该水平激光器位于Oa、Oc连线的垂直平分线上设置。该四像机组中相机的传感器类型是2/3″CMOS，像元尺寸是5.5μm，分辨率是1024×2048，镜头焦距为25毫米。该四像机组中水平方向相邻两相机的距离为m，垂直方向相邻两相机的距离为n；其中m的取值范围为50-100毫米；n的取值范围为50-100毫米。一种基于如上所述的三维测量系统的测量方法，包括如下具体步骤：步骤一、按照四像机组平面阵列三维视觉测量法建立测量系统；该测量系统主要建立的原则是：最少不低于四台相同的相机，其光轴平行且焦点在同一个平面上，焦点能够组成一个矩形；该矩形的尺寸和相机及镜头参数的选择，主要的考虑因素是测量系统的精度和被测物的大小；当测量精度要求高时，考虑提高相机的分辨率和增大镜头的焦距，同时，需要保证被测物体能够同时在四台相机上有对应的成像点，如果被测物超出成像范围，还可以考虑成对增加测量相机，形成测量相机矩阵；步骤二、图像采集完成后，对相机组图像特征点进行匹配运算；在双目立体视觉测量中，立体匹配就是已知其中的一个成像点，在另一幅图像上找出该成像点的对应点。极线几何约束是一种常用的匹配约束技术，我们将测量点与对应图像上的成像点三点连接形成一个平面，该平面与两幅图像在成像空间的交线，我们称作极线，极线的约束条件就是匹配点必然位于极线上。对于极线算法，由于四像机组平面阵列三维视觉测量法相机光轴平行，且焦点是在同一个平面上的矩形，所以极线就直接简化为平行于X轴或Y轴的直线；也就是说，被测物体上的所有在各个像平面上的对应投影点，都在平行于X轴或Y轴的直线上；这样在做匹配运算时，直接将每对测量图像经过按像素点逐点在X轴和Y轴方向平移、叠加、比较，可以将所有测量物能够被测到的点进行完全匹配；匹配运算要求在四个相机组图像中进行匹配运算，将需要计算空间位置的特征点都寻找出来，如果采用超出四相机的相机阵列进行测量就需要分别在不同的四相机组中进行不同的匹配运算；步骤三、根据匹配好的特征点像坐标，计算特征点的空间位置坐标；将匹配好的特征点像坐标，代入被测物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统，其特征在于包括至少一组以四台数码相机组成为一组的四像机组；所述的四台数码相机组成的一组四像机组以2×2阵列形式设置；所述的四台数码相机包括a相机，b相机，c相机和d相机；该a相机，该b相机，该c相机和该d相机在同一平面上布置；所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的成像光轴上的焦点Oa、Ob、Oc、Od在同一平面上且组成一个矩形形成一个矩形平面；该a相机，该b相机，该c相机和该d相机四台相机的成像光轴中心线均垂直于该矩形平面；所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的型号完全相同，镜头也完全相同；所述的a相机，b相机相对位置为水平设置，所述的c相机，d相机相对位置为水平设置；所述的a相机，c相机相对位置为垂直设置,所述的b相机，d相机相对位置为垂直设置。

【技术特征摘要】
2016.01.22 CN 20161004618101.一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统，其特征在于包括至少一组以四台数码
相机组成为一组的四像机组；
所述的四台数码相机组成的一组四像机组以2×2阵列形式设置；
所述的四台数码相机包括a相机，b相机，c相机和d相机；该a相机，该b相机，该c相机和
该d相机在同一平面上布置；
所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的成像光轴上的焦点Oa、Ob、Oc、Od在同一平
面上且组成一个矩形形成一个矩形平面；该a相机，该b相机，该c相机和该d相机四台相机的
成像光轴中心线均垂直于该矩形平面；
所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的型号完全相同，镜头也完全相同；
所述的a相机，b相机相对位置为水平设置，所述的c相机，d相机相对位置为水平设置；
所述的a相机，c相机相对位置为垂直设置,所述的b相机，d相机相对位置为垂直设置。
2.如权利要求1所述的四像机组平面阵列特征点三维测量系统，其特征在于该四台数
码相机组成的一组四像机组以选定相机的成像光轴上的焦点与相邻三台相机的成像光轴
上的焦点组成一个矩形，形成一个矩形平面的四台数码相机组成，且四相机的成像光轴中
心线均垂直于该矩形平面。
3.如权利要求2所述的四像机组平面阵列特征点三维测量系统，其特征在于该四像机
组以2×3，2×4，2×5，3×2，3×3，3×4，3×5或4×4阵列形式设置。
4.如权利要求1所述的四像机组平面阵列特征点三维测量系统，其特征在于还包括至
少一台垂直激光器和至少一台水平激光器；该垂直激光器位于Oa、Ob连线的垂直平分线上设
置；该水平激光器位于Oa、Oc连线的垂直平分线上设置。
5.如权利要求1-3任一所述的四像机组平面阵列特征点三维测量系统，其特征在于该
四像机组中相机的传感器类型是2/3″CMOS，像元尺寸是5.5μm，分辨率是1024×2048，镜头
焦距为25毫米。
6.如权利要求1-3任一所述的四像机组平面阵列特征点三维测量系统，其特征在于该
四像机组中水平方向相邻两相机的距离为m，垂直方向相邻两相机的距离为n；其中m的取值
范围为50-100毫米；n的取值范围为50-100毫米。
7.一种基于如权利要求1所述的三维测量系统的测量方法，其特征在于包括如下具体
步骤：
步骤一、按照四像机组平面阵列三维视觉测量法建立测量系统；
该测量系统主要建立的原则是：最少不低于四台相同的相机，其光轴平行且焦点在同
一个平面上，焦点能够组成一个矩形；
该矩形的尺寸和相机及镜头参数的选择，主要的考虑因素是测量系统的精度和被测物
的大小；当测量精度要求高时，考虑提高相机的分辨率和增大镜头的焦距，同时，需要保证
被测物体能够同时在四台相机上有对应的成像点，如果被测物超出成像范围，还可以考虑
成对增加测量相机，形成测量相机矩阵；
步骤二、图像采集完成后，对相机组图像特征点进行匹配运算；
在双目立体视觉测量中，立体匹配就是已知其中的一个成像点，在另一幅图像上找出
该成像点的对应点。极线几何约束是一种常用的匹配约束技术，我们将测量点与对应图像
上的成像点三点连接形成一个平面，该平面与两幅图像在成像空间的交线，我们称作极线，
极线的约束条件就是匹配点必然位于极线上；
对于极线算法，由于四像机组平面阵列三维视觉测量法相机光轴平行，且焦点是在同
一个平面上的矩形，所以极线就直接简化为平行于X轴或Y轴的直线；也就是说，被测物体上
的所有在各个像平面上的对应投影点，都在平行于X轴或Y轴的直线上；这样在做匹配运算
时，直接将每对测量图像经过按像素点逐点在X轴和Y轴方向平移、叠加、比较，可以将所有
测量物能够被测到的点进行完全匹配；
匹配运算要求在四个相机组图像中进行匹配运算，将需要计...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹兴，
申请(专利权)人：尹兴，
类型：发明
国别省市：江苏;32