基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法及服务器技术

本发明专利技术公开了一种基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法及服务器，属于图像处理领域，该方法包括：获取被测物体的第一图像，其中，第一图像中含有预设激光图案；根据相机参数获取两个目标激光点之间的物理距离；获取被测物体移动后的第二图像，并提取移动后的预设激光图案中两个目标激光点的像素坐标；根据两个目标激光点之间的物理距离、移动后的两个目标激光点的像素坐标及移动前后的相机参数得到被测物体的移动距离。本发明专利技术通过激光图案的辅助，只需一次标定，避免了传统算法在被测物体移动后仍需再次标定求取相机距离姿态的繁琐，也避免PNP和EPNP算法中找多个对应点的不便。适用性强、可靠性高、鲁棒性好及操作简便。

Distance and attitude calculation method and server of camera based on laser pattern assistant

【技术实现步骤摘要】
基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法及服务器
本专利技术属于图像处理领域，更具体地，涉及一种基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法及服务器。
技术介绍
近年来，随着科学技术的快速发展和相关理论的不断完善，人工智能已成为一门备受瞩目的前沿学科。作为人工智能领域的重要分支，机器视觉也愈发受到人们的重视。在机器视觉领域，为了确定摄像机和被测物体之间的距离，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数，包括内部参数和外部参数等，距离测量的精度及算法的稳定性直接影响摄像机工作产生结果的准确性。相机的内部参数只需通过一次标定即可求取，在摄像机保持稳定的前提下不发生变化。而摄像机的外部参数不仅受到摄像机的影响，还会随着外部环境的变化而发生改变，求解过程繁琐。传统测量方法要求每次测量都必须通过标定求取摄像机和被测目标之间的内外参，由于测量过程较为复杂，因此不适用于条件恶劣或对测量速度有一定要求的场合。基于传统的测量方法，研究人员提出了PNP和EPNP算法。与传统的算法相比，PNP和EPNP算法精简了测量步骤，通过一次标定以及多个对应点的坐标求取内外参，避免了多次标定求取内外参的过程。然而在实际应用当中，寻找合适的对应点坐标又成了一个新的难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法及服务器，由此解决现有摄像机距离姿态计算方法存在的测量过程复杂的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法，包括：(1)获取被测物体的第一图像，其中，所述第一图像中含有预设激光图案；(2)若所述预设激光图案中的两个目标激光点之间的物理距离未知，则根据相机参数获取所述两个目标激光点之间的物理距离；(3)获取所述被测物体移动后的第二图像，其中，所述第二图像中含有所述预设激光图案，并提取移动后的所述预设激光图案中所述两个目标激光点的像素坐标；(4)根据所述两个目标激光点之间的物理距离、移动后的所述两个目标激光点的像素坐标及移动前后的相机参数得到所述被测物体的移动距离。优选地，所述预设激光图案需要满足的条件是：激光图案至少形成或存在两个像素坐标值可求的激光点或具有固定间隔的光斑。优选地，步骤(2)包括：若所述预设激光图案中的两个目标激光点之间的物理距离未知，则提取所述两个目标激光点的像素坐标，根据相机参数分别将所述两个目标激光点的像素坐标转换为对应的世界坐标，并根据所述两个目标激光点的世界坐标得到所述两个目标激光点之间的物理距离。优选地，所述被测物体的移动方式为：沿着与所述被测物体所在平面垂直的方向移动；在所述被测物体移动前后，相机内外参数的变化情况为：内参矩阵与旋转矩阵保持不变；移动前后平移矩阵的关系式为：其中，T1表示被测物体移动前相机的平移矩阵，T2表示被测物体移动后相机的平移矩阵，Δ表示被测物体的移动距离，R表示相机的旋转矩阵，(r13，r23，r33)表示矩阵参数。优选地，步骤(4)包括：根据移动后的相机参数分别得到移动后的所述预设激光图案中所述两个目标激光点的像素坐标与对应的世界坐标之间的第一关系式；得到移动后的所述两个目标激光点的世界坐标与所述两个目标激光点之间的物理距离的第二关系式，其中，移动后的所述两个目标激光点之间的物理距离与移动前的所述两个目标激光点之间的物理距离相同；根据所述第一关系式、所述第二关系式及所述移动前后平移矩阵的关系式，得到移动后的所述两个目标激光点的像素坐标、移动前的相机参数及被测物体移动距离三者之间的第三关系式；由所述第三关系式得到所述被测物体的移动距离。按照本专利技术的另一方面，提供了一种服务器，包括：图像获取模块，用于获取被测物体的第一图像，其中，所述第一图像中含有预设激光图案；第一距离计算模块，用于在所述预设激光图案中的两个目标激光点之间的物理距离未知时，根据相机参数获取所述两个目标激光点之间的物理距离；所述图像获取模块，还用于获取所述被测物体移动后的第二图像，其中，所述第二图像中含有所述预设激光图案，并提取移动后的所述预设激光图案中所述两个目标激光点的像素坐标；第二距离计算模块，用于根据所述两个目标激光点之间的物理距离、移动后的所述两个目标激光点的像素坐标及移动前后的相机参数得到所述被测物体的移动距离。优选地，所述预设激光图案需要满足的条件是：激光图案至少形成或存在两个像素坐标值可求的激光点或具有固定间隔的光斑。优选地，所述第一距离计算模块，具体用于在所述预设激光图案中的两个目标激光点之间的物理距离未知时，提取所述两个目标激光点的像素坐标，根据相机参数分别将所述两个目标激光点的像素坐标转换为对应的世界坐标，并根据所述两个目标激光点的世界坐标得到所述两个目标激光点之间的物理距离。优选地，所述被测物体的移动方式为：沿着与所述被测物体所在平面垂直的方向移动；在所述被测物体移动前后，相机内外参数的变化情况为：内参矩阵与旋转矩阵保持不变；移动前后平移矩阵的关系式为：其中，T1表示被测物体移动前相机的平移矩阵，T2表示被测物体移动后相机的平移矩阵，Δ表示被测物体的移动距离，R表示相机的旋转矩阵，(r13，r23，r33)表示矩阵参数。优选地，所述第二距离计算模块包括：第一关系式建立模块，用于根据移动后的相机参数分别得到移动后的所述预设激光图案中所述两个目标激光点的像素坐标与对应的世界坐标之间的第一关系式；第二关系式建立模块，用于得到移动后的所述两个目标激光点的世界坐标与所述两个目标激光点之间的物理距离的第二关系式，其中，移动后的所述两个目标激光点之间的物理距离与移动前的所述两个目标激光点之间的物理距离相同；第三关系式建立模块，用于根据所述第一关系式、所述第二关系式及所述移动前后平移矩阵的关系式，得到移动后的所述两个目标激光点的像素坐标、移动前的相机参数及被测物体移动距离三者之间的第三关系式；第二距离计算子模块，用于由所述第三关系式得到所述被测物体的移动距离。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术通过激光图案的辅助，在一次标定求取摄像机的内外参后，若被测物体在特定方向上发生移动，无需重复标定，只需通过拍摄附有特定激光图案的被测物体图片即可求得移动后的摄像机距离姿态。解决了传统测量方法的过程繁琐复杂，适用性弱的缺陷，避免了同传统算法一样多次标定求相机内外参的繁琐过程，也避免了PNP和EPNP算法中难以找到三个对应点坐标的缺点。该方法设计合理，具有适用范围广、可靠性强、鲁棒性好及操作简便等优点。2、本专利技术采用了鲁棒性好的张正友标定法，只需摄像机对被测物体从不同方位拍摄多幅图片，利用每幅图片的单应矩阵来进行标定。与传统方法相比，该方法模板容易获得，具有使用方便、成本低、鲁棒性好及准确率高等优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法，其特征在于，包括：/n(1)获取被测物体的第一图像，其中，所述第一图像中含有预设激光图案；/n(2)若所述预设激光图案中的两个目标激光点之间的物理距离未知，则根据相机参数获取所述两个目标激光点之间的物理距离；/n(3)获取所述被测物体移动后的第二图像，其中，所述第二图像中含有所述预设激光图案，并提取移动后的所述预设激光图案中所述两个目标激光点的像素坐标；/n(4)根据所述两个目标激光点之间的物理距离、移动后的所述两个目标激光点的像素坐标及移动前后的相机参数得到所述被测物体的移动距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光图案辅助的摄像机距离姿态计算方法，其特征在于，包括：
(1)获取被测物体的第一图像，其中，所述第一图像中含有预设激光图案；
(2)若所述预设激光图案中的两个目标激光点之间的物理距离未知，则根据相机参数获取所述两个目标激光点之间的物理距离；
(3)获取所述被测物体移动后的第二图像，其中，所述第二图像中含有所述预设激光图案，并提取移动后的所述预设激光图案中所述两个目标激光点的像素坐标；
(4)根据所述两个目标激光点之间的物理距离、移动后的所述两个目标激光点的像素坐标及移动前后的相机参数得到所述被测物体的移动距离。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设激光图案需要满足的条件是：激光图案至少形成或存在两个像素坐标值可求的激光点或具有固定间隔的光斑。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：
若所述预设激光图案中的两个目标激光点之间的物理距离未知，则提取所述两个目标激光点的像素坐标，根据相机参数分别将所述两个目标激光点的像素坐标转换为对应的世界坐标，并根据所述两个目标激光点的世界坐标得到所述两个目标激光点之间的物理距离。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述被测物体的移动方式为：沿着与所述被测物体所在平面垂直的方向移动；
在所述被测物体移动前后，相机内外参数的变化情况为：内参矩阵与旋转矩阵保持不变；移动前后平移矩阵的关系式为：其中，T1表示被测物体移动前相机的平移矩阵，T2表示被测物体移动后相机的平移矩阵，Δ表示被测物体的移动距离，R表示相机的旋转矩阵，(r13，r23，r33)表示矩阵参数。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：
根据移动后的相机参数分别得到移动后的所述预设激光图案中所述两个目标激光点的像素坐标与对应的世界坐标之间的第一关系式；
得到移动后的所述两个目标激光点的世界坐标与所述两个目标激光点之间的物理距离的第二关系式，其中，移动后的所述两个目标激光点之间的物理距离与移动前的所述两个目标激光点之间的物理距离相同；
根据所述第一关系式、所述第二关系式及所述移动前后平移矩阵的关系式，得到移动后的所述两个目标激光点的像素坐标、移动前的相机参数及被测物体移动距离三者之间的第三关系式；
由所述第三关系式得到所述被测物体的移动距离。


6.一种服务器，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹勇，仲禹同，刘宇峰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42