基于像素映射的标定测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于像素映射的标定测量方法及系统。其包括：提供一测量用的相机，对所述相机进行基于像素映射的标定，其中，标定时，建立所述相机的像素位置

【技术实现步骤摘要】
基于像素映射的标定测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种标定测量方法及系统，尤其是一种基于像素映射的标定测量方法及系统。

技术介绍

[0002]在工业三维测量和机器视觉应用中，需要确定空间物体表面某点的三维几何位置和图像对应点之间的映射关系，此时，必须建立相机成像的几何模型，求解模型参数，这一过程称为相机标定，相机标定的精度，直接影响着最终测量结果的精度。
[0003]目前，对传统的相机标定方法，需要分别获取相机模型的内外参数，再进行一系列坐标系转换，以获得三维结果，整个标定计算过程复杂耗时，操作繁琐。因此，如何实现快速、简便、高效的标定和测量，是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于像素映射的标定测量方法及系统，其对相机，可实现快速标定，利用标定相机测量时，可输出高精度三维点云。
[0005]按照本专利技术提供的技术方案，一种基于像素映射的标定测量方法，所述标定测量方法包括：
[0006]提供一测量用的相机，对所述相机进行基于像素映射的标定，其中，标定时，建立所述相机的像素位置
‑
高度映射关系、像素位置
‑
水平分辨率映射关系，并确定所述相机所采集图像的像素水平偏移量拟合直线；
[0007]基于上述标定后的相机对物体测量时，在物体图像的当前像素坐标下，基于相机的像素位置
‑
水平分辨率映射关系以及像素水平偏移量拟合直线，确定物体的空间高度和在图像水平方向对应的宽度变化；
[0008]基于所确定物体的空间高度和在图像水平方向对应的宽度变化，沿物体扫描方向和步长拼接单帧轮廓信息，以输出所述物体的三维点云。
[0009]对相机标定时，包括：
[0010]构建相机的像素位置
‑
高度映射关系；
[0011]基于所构建的像素位置
‑
高度映射关系，建立相机的高度
‑
水平分辨率映射关系；
[0012]基于上述相机的像素位置
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高度映射关系以及高度
‑
水平分辨率映射关系，建立相机的像素位置
‑
水平分辨率映射关系；
[0013]基于所建立的像素位置
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水平分辨率映射关系，确定相机所采集图像的像素水平偏移量拟合直线。
[0014]构建相机的像素位置
‑
高度映射关系时，包括：
[0015]提供一位置高度映射模型，在相机的高度测量域内，对位置高度映射模型进行高度区间划分，其中，所划分的区间间隔小于相机的高度测量精度；
[0016]利用相机获取位置高度映射模型在高度测量域内的图像，并提取所有高度值以及
与所提取高度值相对应的像素坐标，以竖直像素坐标作为当前高度在图像上的位置；
[0017]对位置高度映射模型，配置高度测量的起始位置，以相对于起始位置的高度分布和对应的图像像素位置分布，构建相机的像素位置
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高度映射关系。
[0018]所述位置高度映射模型包括高度间隔均匀分布的阶梯块；
[0019]对采用阶梯块的位置高度映射模型，对以竖直像素坐标作为当前高度在图像上的位置，则有：
[0020]提取阶梯在图像对应的线段，对每条阶梯线段，取线段中点的竖直像素坐标v作为当前阶梯高度在图像上的位置。
[0021]在确定相机的高度
‑
水平分辨率映射关系时，包括：
[0022]对相对于位置高度映射模型起始位置的高度h
i
，计算在所述高度h
i
下的水平分辨率Rx
i
，其中，所述水平分辨率Rx
i
为f为相机的焦距，WD为相机与位置高度映射模型起始位置的工作距离；
[0023]基于上述不同高度h
i
对应的水平分辨率，建立相机的高度
‑
水平分辨率映射关系。
[0024]在确定相机所采集图像的像素水平偏移量拟合直线时，包括
[0025]取两个不同高度下的水平像素坐标和对应的水平分辨率，计算所述两个高度之间的像素水平偏移量；
[0026]根据上述像素水平偏离量和所取两个高度的竖直像素坐标，进行直线拟合，以在拟合后得到像素水平偏移量拟合直线。
[0027]确定物体高度和图像水平方向对应的宽度变化时，包括：
[0028]对物体在物体图像上的任一像素点的像素坐标，基于像素位置
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高度映射关系遍历查找所述像素坐标所属的高度位置区间；
[0029]对查找得到的高度位置区间，利用线性插值计算当前竖直像素坐标对应的物体高度和水平分辨率；
[0030]根据像素水平偏移量拟合直线，计算偏移补偿后的水平像素坐标；
[0031]根据水平分辨率和补偿后的水平像素坐标，计算当前像素点的宽度方向位置；
[0032]重复上述步骤，以确定得到物体的空间高度和在图像水平方向对应的宽度变化。
[0033]一种基于像素映射的标定测量系统，包括相机以及标定测量控制器，其中，
[0034]标定测量控制器利用上述所述的标定测量方法对相机进行标定，并利用标定后的相机对物体进行测量，以输出物体的三维点云。
[0035]对标定测量控制器，包括：
[0036]高度标定模块，用于获取高度和对应的像素坐标，建立相机的像素位置
‑
高度映射关系；
[0037]宽度标定模块，用于计算不同高度下的水平分辨率，建立相机的高度
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水平分辨率映射关系；
[0038]宽度补偿模块，用于建立相机的像素位置
‑
水平分辨率映射关系，并确定相机的像素水平偏移量拟合直线；
[0039]坐标计算模块，用于计算物体的高度和宽度坐标；
[0040]点云输出模块，用于拼接不同时刻下物体的坐标计算结果，输出三维点云。
[0041]本专利技术的优点：通过对相机量程内的高度范围进行划分，为不同高度建立像素
‑
高度映射关系，并建立水平分辨率映射关系，拟合水平偏移系数，完成坐标计算和点云输出。相比于传统标定方法，在保持测量高精度的同时，标定过程更简化，实施更方便。
附图说明
[0042]图1为本专利技术标定测量的一种实施例流程图。
[0043]图2为本专利技术进行利用线性插值计算当前竖直像素坐标对应的物体高度和水平分辨率的一种示意图。
[0044]图3为本专利技术确定像素水平偏移量的一种实施例示意图。
[0045]图4为本专利技术高度标定的高度计算结果对比示意图。
[0046]图5为本专利技术宽度标定和补偿的宽度计算结果对比示意图。
[0047]图6为本专利技术输出三维点云的一种实施例示意图。
具体实施方式
[0048]下面结合具体附图和实施例对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于像素映射的标定测量方法，其特征是，所述标定测量方法包括：提供一测量用的相机，对所述相机进行基于像素映射的标定，其中，标定时，建立所述相机的像素位置
‑
高度映射关系、像素位置
‑
水平分辨率映射关系，并确定所述相机所采集图像的像素水平偏移量拟合直线；基于上述标定后的相机对物体测量时，在物体图像的当前像素坐标下，基于相机的像素位置
‑
水平分辨率映射关系以及像素水平偏移量拟合直线，确定物体的空间高度和在图像水平方向对应的宽度变化；基于所确定物体的空间高度和在图像水平方向对应的宽度变化，沿物体扫描方向和步长拼接单帧轮廓信息，以输出所述物体的三维点云。2.根据权利要求1所述的基于像素映射的标定测量方法，其特征是，对相机标定时，包括：构建相机的像素位置
‑
高度映射关系；基于所构建的像素位置
‑
高度映射关系，建立相机的高度
‑
水平分辨率映射关系；基于上述相机的像素位置
‑
高度映射关系以及高度
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水平分辨率映射关系，建立相机的像素位置
‑
水平分辨率映射关系；基于所建立的像素位置
‑
水平分辨率映射关系，确定相机所采集图像的像素水平偏移量拟合直线。3.根据权利要求2所述的基于像素映射的标定测量方法，其特征是，构建相机的像素位置
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高度映射关系时，包括：提供一位置高度映射模型，在相机的高度测量域内，对位置高度映射模型进行高度区间划分，其中，所划分的区间间隔小于相机的高度测量精度；利用相机获取位置高度映射模型在高度测量域内的图像，并提取所有高度值以及与所提取高度值相对应的像素坐标，以竖直像素坐标作为当前高度在图像上的位置；对位置高度映射模型，配置高度测量的起始位置，以相对于起始位置的高度分布和对应的图像像素位置分布，构建相机的像素位置
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高度映射关系。4.根据权利要求3所述的基于像素映射的标定测量方法，其特征是，所述位置高度映射模型包括高度间隔均匀分布的阶梯块；对采用阶梯块的位置高度映射模型，对以竖直像素坐标作为当前高度在图像上的位置，则有：提取阶梯在图像对应的线段，对每条阶梯线段，取线段中点的竖直像素坐标v作为当前阶梯高度在图像上的位置。5.根据权利要求3所述的基于像素映射的标定测量方法，其特征是，在确定相机的高度

【专利技术属性】
技术研发人员：许明珠，杜萍，
申请(专利权)人：江苏中科贯微自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：