一种空间圆弧位姿的视觉检测方法技术

本发明专利技术涉及一种空间圆弧位姿的视觉检测方法，其式将空间圆弧Arc映射到虚拟摄像机{C1}的虚拟成像平面Γ1，构建空间圆弧Arc在实际摄像机坐标系{C}中的实际图像Ima与虚拟摄像机{C1}中所映射的虚拟图像I'ma之间的数学转换模型。本发明专利技术具有很强的收敛性，能对图像中特征采样点进行映射前采用径向畸变矫正，减小了映射变换的误差，提高了检测精度，省去立体匹配环节，测量方法简单、合理且所需硬件成本较低。

Visual inspection method of space arc position and orientation

Visual detection method of the invention relates to a circular space position, the type of space circular arc plane is mapped to the Arc virtual imaging gamma virtual camera {C1} 1, the actual mapping image Ima space arc Arc in practical camera coordinate system in {C} and the virtual camera in {C1} virtual image I'ma mathematical conversion model. The invention has the advantages of strong convergence, the features in the image sampling point mapping by radial distortion correction, reduces error mapping, improve the detection accuracy and save the procedure of stereo matching, the measurement method is simple, reasonable and needs low cost hardware.

【技术实现步骤摘要】
一种空间圆弧位姿的视觉检测方法
本专利技术涉及一种空间圆弧的位姿检测方法，尤其涉及一种在空间圆弧半径为已知量的情况下圆弧空间位姿的视觉检测方法。
技术介绍
孔、平面为机械零部件的基本特征，孔与平面正交形成空间几何圆，而空间几何圆是一种特征明显且容易识别的形状，在图像处理中有着其他几何形状如直线等无法比拟的优点。通过对机械零部件某平面上空间几何圆的视觉位姿检测，间接获取机械零部件的空间位置和姿态，在机器人视觉定位、目标跟踪、视觉避障中具有广泛的应用。针对空间几何圆的视觉位姿检测，不少学者提出了许多行之有效的方法，如文献1【HEIKKILAJ,SILVENO.Afour-stepcameracalibrationprocedurewithimplicitimagecorrection[C].IEEEComputerSocietyConferenceonComputerVisionandPatternRecognition,1997:1106-1112】提出了通过设置空间中多个点阵分布的圆形且多个摄像机参数耦合在一起求解空间圆位姿信息，该方法计算量大，难以快速获得单个圆形圆心点的准确位置；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间圆弧位姿的视觉检测方法，其特征在于：将空间圆弧Arc映射到虚拟摄像机{C1}的虚拟成像平面Γ1，构建空间圆弧Arc在实际摄像机坐标系{C}中的实际图像Ima与虚拟摄像机{C1}中所映射的虚拟图像I'ma之间的数学转换模型。

【技术特征摘要】
1.一种空间圆弧位姿的视觉检测方法，其特征在于：将空间圆弧Arc映射到虚拟摄像机{C1}的虚拟成像平面Γ1，构建空间圆弧Arc在实际摄像机坐标系{C}中的实际图像Ima与虚拟摄像机{C1}中所映射的虚拟图像I'ma之间的数学转换模型。2.如权利要求1所述的空间圆弧位姿的视觉检测方法，其特征在于，所述数学转换模型是建立在实际图像Ima中空间圆弧特征采样点pi(i＝1,2,3...L；L为特征点采样数)与虚拟成像I'ma中对应映射点的转换关系基础上，虚拟摄像机坐标系{C1}的坐标原点与实际摄像机坐标系{C}的坐标原点重合，坐标系{C1}相对于坐标系{C}的位姿变换矩阵由公式(1)所描述:上式(1)中，α、β为坐标系{C1}相对于坐标系{C}的姿态参数；所述实际成像Ima到虚拟成像I'ma的数学转换模型的转换过程包括：1)将实际图像Ima中的圆弧特征采样点pi的图像坐标经径向畸变矫正后变换到摄像机坐标系{C}中矫正点p′i的坐标描述(Xci,Yci,f)，如公式(2)所示(下标i＝1,2,3...L；L为特征点采样数)；上式(2)中，(U0，V0)为摄像机光轴中心线与成像平面交点A的图像坐标，sx、sy分别为CCD单元沿横向、纵向的长度，k、f分别为摄像机径向畸变系数和焦距，上述参数均为摄像机内参；(ui，vi，f)T、(Xci，Yci,f)T分别为圆弧特征采样点pi、矫正点p′i在坐标系{C}中的位置描述；2)将畸变校正后的圆弧特征矫正点p′i进一步经小孔线性成像模型映射到虚拟成像I'ma中的虚拟映射点则在坐标系{C1}中的坐标(Xc1i,Yc1i,Zc1i)T可由公式(4)得到(i＝1,2,3...L；L为特征点采样数)；上式(4)中，f为摄像机焦距，α、β为坐标系{C1}相对于坐标系{C}的姿态参数。3.如权利要求2所述的空间圆弧位姿的视觉检测方法，其特征在于：采用基于圆度最大的α、β交叉迭代分层搜索算法获取最佳姿态参数αb、βb，所述基于圆度最大的α、β交叉迭代分层搜索算法包括α、β的有效搜索范围的确定方法；所述α、β的有效搜索范围是指为确保圆弧特征矫正点p′i(i＝1,2,3...L；L为特征点采样数)在虚拟摄像机的成像平面Γ1中都能有效成像所确定的范围，其α、β的最大值、最小值αmax、αmin、βmax、βmin的计算由公式(5)所确定；上式(5)中，Xcmax、Xcmax、Ycmax、Ycmin分别为圆弧特征矫正点p′i(i＝1,2,3...L，L为特征点采样数)在坐标系{C}中的坐标极限值。4.如权利要求3所述的空间圆弧位姿的视觉检测方法，其特征在于，在参数α、β的有效范围内采用交叉迭代分层搜索算法，对虚拟映射点(i＝1,2,3...L，L为特征点采样数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凌云，罗敏，吴岳敏，李慧玲，马彬，徐金瑜，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42