一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法，包括以下步骤：S1.目标点提取：用单反相机对于包含多个目标点的目标对象进行拍摄,得到彩色图片，对图像进行预处理，得到二值化图像；然后在二值化图像上进行八领域边界跟踪，计算轮廓的面积s和周长c，根据目标点尺寸和特性设置约束准则，从而得到目标点轮廓；然后对目标点进行中心定位；S2.位姿解算：该部分采用基于辅助点几何约束的位姿估计算法，最终得到相机坐标系下的目标点坐标P

【技术实现步骤摘要】
一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法
本专利技术涉及视觉位姿估计，特别是涉及一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法。
技术介绍
视觉位姿测量因其非接触式测量方式、稳定工作时间长、测量速度快等优点成为航空航天、智能机器人、自主导航等领域研究的热点问题之一。视觉位姿测量是通过已知假定的目标点在世界坐标系下的三维坐标值和其成像的二维坐标值得到相机坐标系下的目标点位姿，称为n点透视(PnP)问题。视觉测量可以分为基于单目视觉的方法、基于多目视觉的方法和基于深度视觉的方法。基于单目视觉测量方法结构简单、测量范围大，而且具有现场安装、调试便捷等优点，因此适合于工业制造中的现场测量。单目视觉位姿测量的核心内容之一是位姿估计算法，从数学角度来看可将其分为解析算法和迭代算法两大类，解析算法的优点是计算效率高，缺点是计算原理复杂且容易受到噪声的影响，迭代算法的优点是计算精度高且噪声影响情况下的稳定性较好，缺点是计算时间消耗太大。在实际应用中发现，位姿估计算法的精度跟目标点分布情况有关，特别当目标点分布为平面、近平面或近线等奇异情况时，位姿估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.目标点提取：用单反相机对于包含多个目标点的目标对象进行拍摄，得到彩色图片，对图像进行预处理，得到二值化图像；然后在二值化图像上进行八领域边界跟踪，计算轮廓的面积s和周长c，根据目标点尺寸和特性设置约束准则，从而得到目标点轮廓；然后对目标点进行中心定位；/nS2.位姿解算：该部分采用基于辅助点几何约束的位姿估计算法，最终得到相机坐标系下的目标点坐标P

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.目标点提取：用单反相机对于包含多个目标点的目标对象进行拍摄，得到彩色图片，对图像进行预处理，得到二值化图像；然后在二值化图像上进行八领域边界跟踪，计算轮廓的面积s和周长c，根据目标点尺寸和特性设置约束准则，从而得到目标点轮廓；然后对目标点进行中心定位；
S2.位姿解算：该部分采用基于辅助点几何约束的位姿估计算法，最终得到相机坐标系下的目标点坐标Pic；
S3.迭代优化：对Pic进行迭代优化，得到优化后的目标点位姿。


2.根据权利要求1所述的一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法，其特征在于：所述步骤S1中对图像的预处理包括：
首先将彩色图像灰度化，将其变为灰度图像，然后采用高斯滤波方法滤除灰度图像噪声，再进行灰度拉伸增加目标与背景的对比度得到处理后的灰度图像，最后在处理后的灰度图像上进行自适应二值化得到二值化图像。


3.根据权利要求1所述的一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法，其特征在于：所述步骤S1中的约束准则包括面积和周长的范围约束、轮廓包围盒长短轴长度之比约束，以及轮廓面积与包围盒的面积之比约束：
s1＜s＜s2，c1＜c＜c2，
其中，s1，s2为面积的阀值；c1，c2为周长的阀值；a，b为包围盒的长短轴；通过轮廓的行列最大最小值计算得到；T1，T2为a，b之比的阀值。


4.根据权利要求1所述的一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法，其特征在于：所述步骤S1中，对目标点进行中心定位的过程包括：
选用灰度重心定位法，目标点为全黑或全白，目标点像素区域的灰度值分布均匀，采用灰度重心定位，其公式为：



其中，x＝1...m，y＝1...n是该目标点的轮廓区域内像素坐标，I(x,y)是像素坐标(x,y)处的灰度值；(x0,y0)即目标点的中心点坐标。


5.根据权利要求1所述的一种基于辅助点几何约束的单目视觉位姿估计方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.设提取得到目标点共有n个，选定距离最远的两个点p0'、p1'为基本点，pi'为第三点，其中i＝1...n-2，将n个目标点划分为n-2个三点子集；
S202.利用每个三点子集的边角关系建立变量t1的四次方程，得到n-2个关于t1的方程，求解方程组后最多可以得到四个解；最后将t1的解依次带入每个三点子集，求解ti值，若ti值的正负无法确定，则需要通过三点子集的位置关系构建辅助点，然后求解ti值，最终得到相机坐标系下的目标点坐标Pic，包括：
A1、为建立t1的四次方程，在三点子集中通过两个已知条件建立等式关系：
其一：已知Δp0'p1'pi'与ΔP0cP1cPic相似，它们的对应边成比例关系，即带入变量关系后得到：
A1t12-ti2+A2＝0
其中A1＝D12/D22，A2＝D12l02sin2γ1/D22-l02sin2γ2，l0＝1为p0'到光心O的长度，D1为目标点的世界坐标P0w至P1w之间的距离，D2为P0w至Piw间的距离，γ1为p0'与p1'间的角度，γ2为p0'与pi'间的角度；
其二：cos∠p0'p1'pi'＝cos∠P0cP1cPic，由几何及向量转换将上述条件表述为：
A3t1+A4ti+A5...

【专利技术属性】
技术研发人员：董秀成，朱林梅，张帆，母润发，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51