一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法，包括图像识别、图像转换与坐标转换；通过图像识别对模板图像和侵限图像特征点像素二维坐标信息进行匹配并找出匹配点；对匹配点对极约束，通过图像转换方法得到拍摄装置二维坐标；坐标转换利用复球面的坐标转换原理，将拍摄装置二维坐标转换为球面坐标系中的三维坐标，并得出测量装置对准三维坐标所需要的旋转倾角；本发明专利技术通过借助预置模板图像下的像素坐标对应的标准二维拍摄装置坐标来实现二维坐标到三维坐标的转换，通过三维坐标信息实现测量系统中的测量光机自动对准，整个测量流程简单方便。量流程简单方便。量流程简单方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法


[0001]本专利技术属于限界测量检测
，具体为一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法。

技术介绍

[0002]时代快速发展，随之而最显著变化的便是交通工具的改变，从以前的马车到现如今的飞机高铁，每一种交通工具都可以说是时代最前沿的代表产物。现如今城市化发展加快，不仅城市内部规模在逐步扩张，城际之间的交流沟通也同时变得越来越强，伴随而来的便是诸如地铁高铁一类的轻便快速的轨道交通的高速发展。
[0003]在轨道交通中，列车沿着固定轨道高速运行，这往往需要在特定的空间中进行，而这个特定空间的尺寸就是所谓的限界。而限界的具体定义，这里以地铁限界为例，即是以地铁车辆的轮廓尺寸和车辆有关技术参数，运行动力性能，结合轨道和接触网或者接触轨的相关条件，并根据设备和安装误差，按规定的计算方法设计的，通俗地讲，就是限定车辆运行及轨道区周围构筑物超越的轮廓线，是保障地铁安全运行、限制车辆断面尺寸、限制沿线设备安装尺寸及确定的建筑结构有效净空尺寸的图像轮廓。既然有规定，那么必须经过测量来判断是否符合规定。目前限界的测量方法为两种：接触式和非接触式。
[0004]接触式测量手段较为早期，借助探针和量角器，往往可以得到一个断面上有限点的准确数据，数据记录可以人工记录或者光学编码器以及电位器记录。优点是费用低，使用简单，静态情况精度高，可达
±
0.5mm，然而此方法工作量大，需要较多的人工干预，测量速度很慢，而且无法测量断面上的所有点。
[0005]而非接触式与接触式类似，只不过往往采用类似光学测速的原理，借助激光器和光学读数的三角测量，其缺点是物力成本和人力成本均较高。
[0006]就目前而言，以上主流的两种方法里，凡是借助到机械辅助完成自主测量的设备中，其往往依赖于光学成像技术，例如通过多组特殊的3D景深相机，来确定相机模组的位置情况，从而借助相机光学成像原理来对测量截面轮廓进行三维重建（例如三维点云），获取测量点的具体坐标，来转换得到测量光机的旋转角度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法，以解决
技术介绍
中提出的现有检测技术中接触式方法工作量大而非接触式方法检测成本较高的缺点。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法，包括图像识别、图像转换与坐标转换；图像识别：预置模板图像；获取侵限图像；将侵限图像与模板图像进行特征识别得到特征点像素二维坐标信息；
对侵限图像以及模板图像的特征点像素二维坐标信息进行匹配并找出若干组相似度高于设定值的匹配点；其中，侵限图像由拍摄装置获得，模板图像为已知图像；图像转换：对匹配点进行对极约束；根据本质矩阵和基础矩阵分解得到拍摄装置变化、；将侵限图像上的二维坐标通过拍摄装置运动变化转换到模板图像上得到；将拍摄装置摆放在测量框架的正前方距离测量框架的表平面结构中心点长度为D的位置，且与测量装置保持为同一水平线；将尺度D下的拍摄装置二维坐标可以通过矩阵关系表示为：
[0009]其中 为拍摄装置二维坐标；坐标转换：包括静态坐标转换与动态坐标转换；建立基于复球面的球面坐标系；判断测量状态为静态还是动态，如果是静态，执行静态坐标转换；如果是动态，执行动态坐标转换；静态坐标转换：利用复球面的球面坐标转换原理将拍摄装置二维坐标转换为球面坐标系中的三维坐标，并得出测量装置对准三维坐标所需要的旋转倾角；将旋转倾角数据传递给测量装置；动态坐标转换：根据测量装置的位移量以及复球面的球面坐标转换原理将拍摄装置二维坐标转换为球面坐标系中的三维坐标，并得出测量装置对准三维坐标所需要的旋转倾角；将旋转倾角数据传递给测量装置。
[0010]进一步地，拍摄装置采用内参标定的相机；即在检测环境中，在预置模板图像获取的要求下拍摄得到一张标准的预置模板图像；在特征点识别时，构建图像金字塔；在拍摄装置移动后，在图像金字塔中找到移动前的匹配图像；同时，在特征点识别时，利用灰度质心法引入旋转特性。
[0011]进一步地，灰度质心的计算方法中；首先选取一个小图像块A中，定义图像块的矩，通过图像块的矩找到图像块的质心，连接图像块A的几何中心O和质心C，得到一个方向向量 ，通过方向向量即可确定特征点的方向。
[0012]进一步地，在尺度D下获取模板图像后，通过具有尺度和旋转不变性的特征算子对两幅图像进行特征点识别，再经过暴力匹配，获取一组匹配成功的对应特征点组；对特征点组进行对极约束，得到两幅图像的一个旋转和平移关系。
[0013]进一步地，建立基于复球面原理的球面坐标系表示三维世界坐标，以固定测量光机处为北极点，作垂线相交于相机拍摄模板平面处为圆心，北极点到圆心的距离为半径r；球面 表示为：
[0014]拍摄装置模板平面记作：
[0015]北极点N的坐标为，对于 上任意一点z，连结N和z的直线和球面相交于一点P。
[0016]进一步地，在静态坐标转换中，通过向量方式，得出测量装置指向P点所需要的水平旋转角和竖直旋转角；其中，
[0017][0018]进一步地，在动态坐标转换中，根据测量装置的位移量L以及相似三角形的原理得出测量装置位移所需的方向向量：
[0019]测量光机指向P点所需要的水平旋转角和竖直旋转角；其中，
[0020][0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术借助了现有的图像处理学原理，让一部通过内参标定后的相机在模板图像获取的要求下，得到一张标准的预置模板图片，并借助预置模板图像下的像素坐标对应的标准二维相机坐标来实现二维坐标到三维坐标的转换，通过三维坐标信息实现测量系统中的测量光机自动对准，整个测量流程简单方便。
[0022]通过特征点匹配的方式能够将侵限转换坐标信息到模板图像上，通过对极约束将模板图像中的二维坐标信息转换成相机二维坐标信息，通过这两种方式使得侵限图像与测量系统中相机建立了联系。由于使用了特征点匹配的方式，因此在获取侵限图像时对侵限图像的要求便不再那么高，通过的图像转换能够使得测量设备在安装的时候只需要在规定位置周围即可，即在一个模糊的范围内得到的侵限图像，通过图像处理将不那么准确的图像转换成相对准确的坐标信息，简化了测量前的整体工作，减少了工作量与人为误差，而且针对同一环境，预置模板图像可以反复使用，这样便使得测量过程还具有了可重复性。
[0023]本专利技术通过复球面转换的原理，将相机中的二维坐标转换直接转换为测量光机对准所需要的旋转倾角，将二维坐标到三维坐标的整个流程进行了简化。通过静态坐标转换与动态坐标转换两种方式能够有效提升转换后的精度，也就是能够有效保证测量光机能够自动对准。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法，其特征在于：包括图像识别、图像转换与坐标转换；图像识别：预置模板图像；获取侵限图像；将侵限图像与模板图像进行特征识别得到特征点像素二维坐标信息；对侵限图像以及模板图像的特征点像素二维坐标信息进行匹配并找出若干组相似度高于设定值的匹配点；其中，侵限图像由拍摄装置获得，模板图像为已知图像；图像转换：对匹配点进行对极约束；根据本质矩阵和基础矩阵分解得到拍摄装置变化R、t；将侵限图像上的二维坐标通过拍摄装置运动变化转换到模板图像上得到；将拍摄装置摆放在测量框架的正前方距离测量框架的表平面结构中心点长度为D的位置，且与测量装置保持为同一水平线；将尺度D下的拍摄装置二维坐标通过矩阵关系表示为：其中为拍摄装置二维坐标；坐标转换：包括静态坐标转换与动态坐标转换；建立基于复球面的球面坐标系；判断测量状态为静态还是动态，如果是静态，执行静态坐标转换；如果是动态，执行动态坐标转换；静态坐标转换：利用复球面的球面坐标转换原理将拍摄装置二维坐标转换为球面坐标系中的三维坐标，并得出测量装置对准三维坐标所需要的旋转倾角；将旋转倾角数据传递给测量装置；动态坐标转换：根据测量装置的位移量以及复球面的球面坐标转换原理将拍摄装置二维坐标转换为球面坐标系中的三维坐标，并得出测量装置对准三维坐标所需要的旋转倾角；将旋转倾角数据传递给测量装置。2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理、复球面的坐标转换的方法，其特征在于：拍摄装置采用内参标定的相机；即在检测环境中，在预置模板图像获取的要求下拍摄得到一张标准的预置模板图像；在特征点识别时，构建图像金字塔；在拍摄装置移动后，在图像金字塔中找...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振丰，张婷婷，赵波，敬志远，罗世杰，
申请(专利权)人：四川精伍轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：