一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法技术

发明专利技术涉及一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，属于单目视觉位姿测量领域，其特征在于：(1)根据共面4个特征点之间的位置关系，分别对平行和相交两种情况进行分析；(2)根据特征点的空间坐标、图像坐标和空间位置关系，推导出世界坐标系中3个坐标轴上的向量变换到摄像机坐标系中的单位向量，进而求解出物体相对于摄像机的初始位姿；(3)用LM算法对初始位姿进行优化，得到最终位姿。上述方法仅需给出任意4个特征点的空间相对位置，其中任意3个特征点不共线，不需要给定其他限制条件，就可求解出物体相对于摄像机的位姿。解决单目视觉位姿求解过程中存在的解不唯一、选解难和解的精度不高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法
本专利技术属于单目视觉位姿测量领域，涉及一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，解决单目视觉位姿求解过程中存在的解不唯一、选解难和解的精度不高等问题。技术背景视觉测量技术是基于计算机视觉将三维空间中的物体通过相机投射到二维图像中，然后借助于数学模型从二维图像还原为三维信息的技术，能够实现物体的几何尺寸以及物体在空间中的位置、姿态等测量。位置和姿态简称为位姿，通常用6个自由度来表示，即两个坐标系之间的3个旋转量和3个平移量。位姿测量目前已经广泛地应用于航空航天、目标跟踪、增强现实、自动导航、视觉伺服控制和工业制造等领域。求解位姿时首先需要选取特征，常用的有点特征、直线特征和二次曲线特征等。基于直线和曲线特征的算法一般是由点特征算法演变过来的，因此研究点特征具有重要意义。基于点特征的位姿估计问题又称为PnP(Perspective-n-Point)问题。国内外学者对此进行了大量研究，主要集中于点的个数n及其算法，初步结论为当n<3时，PnP问题有无穷多个解；当n＝3时，PnP问题最多有4个解，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：获取摄像机拍摄的图像，用张正友标定法对摄像机进行标定，获取摄像机内参数矩阵；/n步骤二：提取图像中任意4个不共面的特征点P

【技术特征摘要】
1.一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：获取摄像机拍摄的图像，用张正友标定法对摄像机进行标定，获取摄像机内参数矩阵；
步骤二：提取图像中任意4个不共面的特征点Pi(i＝1,2,3,4)，计算特征点在成像平面坐标系中的坐标{qi(xi,yi,f),i＝1,2,3,4}，根据两点间距离公式计算出任意两个特征点之间的距离：d12＝|P1P2|、d23＝|P2P3|、d13＝|P1P3|、d14＝|P1P4|；
步骤三：设P1为世界坐标系的原点，Oc为光心点，分析给定的任意不共线的4个特征点之间的相对位置关系：当4个特征点所在的两条直线平行时，定义特征点相关距离因子{ki,i＝1,2,3,4}；当4个特征点所在的两条直线相交时，分别计算两条直线交点在世界坐标系中的坐标及成像坐标系中的坐标；
步骤四：分别求解出世界坐标系中Xw、Yw、Zw轴上的向量变换到摄像机坐标系中的单位向量(r11,r21,r31)；
步骤五：根据世界坐标系的原点在摄像机中的坐标求解出物体相对于摄像机的初始位置，并通过LM算法对初始位姿进行优化，得到物体相对于摄像机的初始姿态。


2.如权利要求1所述的一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，其特征在于，分析给定的4个共面不共线特征点Pi(i＝1,2,3,4)的位置关系：P1、P2两点所在的直线P1P2与P3、P4两点所在的直线P3P4之间平行和相交。


3.如权利要求1所述的一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法，其特征在于，所述步骤四中当P1、P2两点所在的直线P1P2与P3、P4两点所在的直线P3P4平行时：

【专利技术属性】
技术研发人员：王中宇，李亚茹，程银宝，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11