基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统与方法，旨在解决基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉检测问题。基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统主要由摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、激光器(4)与二维标定板(5)组成。基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法由图像采集、在二维标定板(5)坐标系下车身特征点坐标求解、摄像机(2)内参数矩阵的求解等步骤组成，提供了一种结构简单、性能可靠的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统与方法。

【技术实现步骤摘要】
基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统与方法
本专利技术涉及一种汽车形貌检测领域的测量设备与测量方法，更具体的说，它是一种基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统与方法。
技术介绍
汽车形貌检测是汽车检测的一个重要研究项目，对超载超限检测、车型分类等具有重要研究意义和应用前景。已有检测方法如三坐标机等由于采取逐点扫描和接触式检测方式，测量效率低，而测量精度、测量效率等都会对检测结果产生重大影响，难以适用于汽车形貌检测。本专利技术提出了一种基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统与方法，该方法的测量系统具有结构简单、成本较低、操作便捷等优点并且可进行非接触测量，仅需采集一张含有二维标定板的照片即可得到相机的内外参数，完成摄像机内外参数标定，满足了形貌检测速度快、操作简单的要求。
技术实现思路
本专利技术针对解决在获取汽车形貌过程中，需要一种非接触式、测量速度快、适合测量大型物体的无严格约束的检测方法来恢复汽车形貌的现状，提出了一种性能可靠、结构简单、操作简便、算法简单的方法与系统。该方法主要由摄像机支架、摄像机、连接件、激光器与二维标定板组成。通过摄像机拍摄获取图像中的双矩形生成的四对平行直线，求解摄像机内外参数。进而重建激光线与车身表面交点，实现了采用双矩形标识的二维标定板对汽车形貌的重建。结合说明书附图，本专利技术采用如下技术方案予以实现：基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统包括有摄像机支架、摄像机、连接件、激光器与二维标定板；摄像机支架放置在地面上，摄像机通过底部的螺纹孔与摄像机支架顶部的螺栓螺纹固定连接，二维标定板置入连接件的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接件和二维标定板的通孔与螺母螺纹固定连接，线激光器插入激光器连接件钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接件钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与线激光器圆柱面接触紧配合，线激光器发出的激光平面与二维标定板图形所在平面共面。技术方案中所述的摄像机支架为可调整高度的三角支架。技术方案中所述的摄像机为装有窄带滤光片的广角工业相机。技术方案中所述的连接件为U形钢板与钢管焊接而成的零件，U形钢板侧面加工有通孔，钢管侧面加工有螺纹孔。技术方案中所述的线激光器为可发射线激光的圆柱形零件，线激光器发出的激光波长与摄像机的窄带滤光片的带通波长一致。技术方案中所述的二维标定板为一块矩形钢板制成的零件，二维标定板的表面粘贴有两个中心重合且临边相互垂直的矩形图案，二维标定板加工有通孔。基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法的具体步骤如下：第一步：基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法的图像采集：摄像机固定在摄像机支架上，将摄像机支架放置在地面上，激光器插入连接件的钢管内孔，打开激光器，通过调节连接件的钢管上的螺钉，使激光器投射出的激光线与二维标定板共面并将激光器固定，摄像机采集一幅图像，图像包含二维标定板以及激光器与车辆表面相交的投影激光点；第二步：摄像机内参数矩阵的求解：从摄像机采集的图像中利用Hough变换提取双矩形标识的4对平行直线的图像坐标li，1，li，2(i＝1，2，3，4)，由下式求得4个消影点xi＝li，1×li，2其中xi＝(xi，1，yi，1，1)T；根据消影点在消影线上以及两点确定一条直线，由下式可解得两条消影线针孔相机模型的投影中心为O，投影到图像平面上的投影为P，过投影中心O作垂直于消影线的垂线OC1交消影线于垂足C1，则X轴方向焦距为f1＝(OC12-PC12)1/2其中OC1＝(Ox1Ox2)1/2，PC1可直接从图像中获取，根据另一条消影线同理可得Y轴方向焦距f2；根据焦距及假设主点位于图像中心的条件可得内参数矩阵为其中u0、v0为图像平面的主点坐标；第三步：摄像机外参数旋转矩阵以及平移向量的求解：从二维标定板坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵可表示为同理可得，令将进行SVD分解：其中U、V均为正交矩阵，而∑是非负实对角矩阵，把中间的对角阵∑中的元素开方，再与左右的U、V矩阵相乘得到综合的最优的旋转矩阵ROC；在世界坐标系下选择一条已知长度的与X方向平行的线段AB，过线段一端点A的投影点a作该线段的平行线ab’交直线OB与点b’，则向量的模为再根据OA与Oa方向相同求得向量根据求得的旋转矩阵ROC，得到平移向量第四步：车身表面特征点的重建：由激光平面πT在二维标定板坐标系下的坐标为πT＝(0011)T，由下式可得到激光平面πC在摄像机坐标系下的坐标根据图像中采集到的车身表面特征点Y的图像坐标y，根据标定过程求得的摄像机内参数、旋转矩阵和平移向量，有M[ROCtOC]Y＝y再根据待重建点位于线激光器发射的激光平面πC上得(πC)TY＝0上述两式联立即可求得激光平面与车身交点的三维坐标其中P＝M[ROCtOC]。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的系统仅需采集一张含有二维标定板5的照片即可得到相机的内外参数，完成摄像机内外参数标定，速度快、且操作简单，而传统的二维标定方法往往需要3张及以上含标定板的照片。(2)本专利技术所采用的激光器4发出的激光波长与摄像机2的窄带滤光片的带通波长一致，能够有效降低环境光源对测量过程的干扰，大大提高了测量精度。(3)本专利技术的连接件3的钢管上下左右各加工有螺纹孔，螺钉旋入螺纹孔内，用以调节及固定激光器4的位置，可使激光器4投射出的激光平面与二维标定板5共面。(4)本专利技术提出了对根据不同理论焦距求解的两个旋转矩阵进行优化的方法，首先求取不同理论焦距求解的两个旋转矩阵之积，然后采用SVD对旋转矩阵之积进行分解，再次对分解得到的对角阵的元素开方生成新的对角阵，最后将得到的对角阵与SVD分解得到的正交阵依照原次序相乘得到均衡化的旋转矩阵，提高了旋转矩阵的解算精度。附图说明图1是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统的轴测图；图2是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统中摄像机支架1的轴测图；图3是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统中摄像机2的轴测图；图4是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统中连接件3的轴测图；图5是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统中二维标定板5的轴测图；图6是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统中连接件3、激光器4、二维标定板5的轴测图；图7是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法求解摄像机2内参数的原理图；图8是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法求解摄像机2平移向量的原理图；图9是基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法中摄像机2内参数求解的流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于，所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统包括有摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、激光器(4)与二维标定板(5)；/n摄像机支架(1)放置在地面上，摄像机(2)通过底部的螺纹孔与摄像机支架(1)顶部的螺栓螺纹固定连接，二维标定板(5)置入连接件(3)的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接件(3)和二维标定板(5)的通孔与螺母螺纹固定连接，线激光器(4)插入激光器连接件(3)钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接件(3)钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与线激光器(4)圆柱面接触紧配合，线激光器(4)发出的激光平面与二维标定板(5)图形所在平面共面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于，所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统包括有摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、激光器(4)与二维标定板(5)；
摄像机支架(1)放置在地面上，摄像机(2)通过底部的螺纹孔与摄像机支架(1)顶部的螺栓螺纹固定连接，二维标定板(5)置入连接件(3)的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接件(3)和二维标定板(5)的通孔与螺母螺纹固定连接，线激光器(4)插入激光器连接件(3)钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接件(3)钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与线激光器(4)圆柱面接触紧配合，线激光器(4)发出的激光平面与二维标定板(5)图形所在平面共面。


2.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的摄像机支架(1)为可调整高度的三角支架。


3.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的摄像机(2)为装有窄带滤光片的广角工业相机。


4.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的连接件(3)为U形钢板与钢管焊接而成的零件，U形钢板侧面加工有通孔，钢管侧面加工有螺纹孔。


5.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的线激光器(4)为可发射线激光的圆柱形零件，线激光器(4)发出的激光波长与摄像机(2)的窄带滤光片的带通波长一致。


6.按照权利要求1所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统，其特征在于所述的二维标定板(5)为一块矩形钢板制成的零件，二维标定板(5)的表面粘贴有两个中心重合且临边相互垂直的矩形图案，二维标定板(5)加工有通孔。


7.按照权利要求1至6所述的基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建系统的重建方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：基于双矩形标识的汽车形貌单目主动视觉重建方法的图像采集：
摄像机(2)固定在摄像机支架(1)上，将摄像机支架(1)放置在地面上，激光器(4)插入连接件(3)的钢管内孔，打开激光器(4)，通过调节连接件(3)的钢管上的螺钉，使激光器(4)投射出的激光线与二维标定板(5)共面并将激光器(4)固定，摄像机(2)采集一幅图像，图像包含二维标定板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐观，陈芳，戴建国，苏建，张立斌，刘玉梅，陈熔，单红梅，林慧英，李晓韬，沈慧，朱尧平，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22