一种空间三维视觉计算验证方法技术

本发明专利技术提供了一种空间三维视觉计算验证方法，验证实验中，通过两台经纬仪a和b构成一个参考坐标系，第三台经纬仪c和参考坐标只有平移关系。将相机固定在经纬仪c上，并且得到相机坐标系和经纬仪c坐标系之间的关系。已知空间目标物体上三个目标点在其本身的物体坐标系下的坐标，再利用经纬仪a和b求得三个特征点在参考坐标系下的坐标，继而求出物体坐标系和参考坐标系之间的关系。最终得到目标物体坐标系和相机坐标系之间的关系作为目标物体三维位姿的参考值。以此参考值对其他的算法求得的目标物体三维位姿进行验证。利用目标物体位姿的参考值获得空间点在相机坐标系下的坐标，将其投射到图像平面，用于验证视觉系统标定的相机内参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机视觉测量和测量系统算法验证的领域，涉及。
技术介绍
利用基于图像的计算机视觉方法来进行摄像机内部参数和空间目标三维位姿计算的算法在视觉系统中应用的十分普遍，有利用在目标物体表面人工添加特征的方法，也有利用目标物体本身的角点、纹理特征的方法。对于这些算法计算结果的验证通常是利用计算得到的摄像机内部参数和三维位姿参数代入摄像机投射模型，得到目标物体上特征的投射结果与原图像上提取的特征进行比较，以此间接的验证视觉系统计算的结果。但是这种验证方法并不能定量给出视觉系统进行测量的误差。因而，设计一种能够对视觉系统中对目标物体三维位姿计算结果进行直接验证的实验验证系统和验证方法十分重要。这将使得对于视觉系统计算结果的分析更为直观、准确、客观。也使得对各种摄像机内部参数和空间目标三维位姿计算的算法的比较、分析、选取有依可循。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，对视觉系统中目标物体三维位姿计算结果进行直接验证。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案，包括以下步骤一、坐标系的建立及转换(I)建立参考坐标系，给定经纬仪a和经纬仪b，调整两台经纬仪使其相互瞄准，建立参考坐标系，其中，经纬仪a的中心为参考坐标系的原点,经纬仪a指向经纬仪b的方向为X轴方向，垂直水平面为z轴方向，与X轴和z轴垂直的方向为I轴方向，则空间点的在参考坐标系下的坐标为X Y = Z-smah cosa^ ,=----asm(aa+ab)sin ah sin asm(cxa+(xb) sin ab tan βαdd η(αα+α )(2)放置第3台经纬仪c，将经纬仪c水平放置在步骤(I)的参考坐标系内，调节经纬仪a和经纬仪b的水平旋转角度，分别将经纬仪a和经纬仪C，经纬仪b和经纬仪c进行互瞄，调整经纬仪c的位置使得经纬仪a和经纬仪b同经纬仪c互瞄时的水平旋转角度4相等,则经纬仪c位于经纬仪a，b中心连线的中垂线上；(3)固定相机，将相机安装在经纬仪c上，保证相机光轴方向与经纬仪c视轴方向平行，然后通过光学方法，测量相机坐标系和经纬仪c的位姿关系，进而得到相机坐标系和参考坐标系之间的关系；(4)确定参考坐标系和目标物体坐标系的平移和旋转关系通过经纬仪a和经纬仪b的协同作用，可以确定空间中某目标点在参考坐标系下的坐标，当获得3个点在参考坐标系下的坐标，且这3个点在目标物体坐标系下的坐标也已知，则可以确定参考坐标系和物体坐标系的平移和旋转关系；(5)求得目标物体三维位姿的参考值由步骤3可以得到相机坐标系和参考坐标系之间的关系，由步骤4可以得到参考坐标系和物体坐标系之间的关系。则可以继而得到目标物体坐标系和相机坐标系之间的关系，即目标物体三维位姿的参考值，即旋转矩阵Rtl 和平移向量Ttl,或者6个位姿参数,即(α。β。Y。tx(l ty(l tz0)；二、相机采集图片，利用视觉系统的算法求解相机内参数和目标物体的三维位姿 首先需要利用相机采集多幅标定板的图片，完成相机的内参数标定；之后，采集单幅目标物体图像，计算目标物体的三维位姿的参考值旋转矩阵R和平移向量T，以及6个位姿参数 (α β Y tx ty tz)；三、视觉系统算法验证，包括两个方面(I)相机内参数计算结果的验证设定已知目标物体上某一点P在目标物体坐标系上的坐标为A权利要求1.，其特征在于包括以下步骤一、坐标系的建立及转换(1)建立参考坐标系，给定经纬仪a和经纬仪b，调整两台经纬仪使其相互瞄准，建立参考坐标系，其中，经纬仪a的中心为参考坐标系的原点,经纬仪a指向经纬仪b的方向为X 轴方向，垂直水平面为z轴方向，与X轴和z轴垂直的方向为y轴方向，则空间点的在参考坐标系下的坐标为sin ah cos α ,X-----a η{αα+α )ΛΤ sin och sin an < Y =----a， η{αα+α )z _ sin or, tan/ a d η(αα+α )其中，a 3为经纬仪a测得的某空间目标点的水平角，Cib为经纬仪b测得该点的水平角，^^为经纬仪a测得的某空间目标点的垂直角；(2)放置第3台经纬仪C，将经纬仪c水平放置在步骤(I)的参考坐标系内，调节经纬仪a和经纬仪b的水平旋转角度，分别将经纬仪a和经纬仪C，经纬仪b和经纬仪c进行互瞄，调整经纬仪c的位置使得经纬仪a和经纬仪b同经纬仪c互瞄时的水平旋转角度相等， 则经纬仪c位于经纬仪a，b中心连线的中垂线上；(3)固定相机，将相机安装在经纬仪c上，保证相机光轴方向与经纬仪c视轴方向平行， 然后通过光学方法，测量相机坐标系和经纬仪c的位姿关系，进而得到相机坐标系和参考坐标系之间的关系；(4)确定参考坐标系和目标物体坐标系的平移和旋转关系通过经纬仪a和经纬仪b 的协同作用，确定空间中某目标点在参考坐标系下的坐标，当获得3个点在参考坐标系下的坐标，且这3个点在目标物体坐标系下的坐标也已知，则确定参考坐标系和物体坐标系的平移和旋转关系；(5)求得目标物体三维位姿的参考值由步骤3可以得到相机坐标系和参考坐标系之间的关系，由步骤4可以得到参考坐标系和物体坐标系之间的关系，继而得到目标物体坐标系和相机坐标系之间的关系，即目标物体三维位姿的参考值，即旋转矩阵Rtl和平移向量 Ttl,或者6个位姿参数，即(α0tx(l ty(l tz(l)，其中，为俯仰角，β ^为翻滚角，Y。 为偏航角，tx0, ty0, tz0是空间物体相对于参考坐标系在各个坐标轴的偏移量；二、相机采集图片，利用视觉系统的算法求解相机内参数和目标物体的三维位姿首先需要利用相机采集多幅标定板的图片，完成相机的内参数标定；之后，采集单幅目标物体图像，计算目标物体的三维位姿的参考值旋转矩阵R和平移向量T，以及6个位姿参数(αβ Y tx ty tz)；三、视觉系统算法验证，包括两个方面(I)相机内参数计算结果的验证设定已知目标物体上某一点P在目标物体坐标系上的坐标为匕全文摘要本专利技术提供了，验证实验中，通过两台经纬仪a和b构成一个参考坐标系，第三台经纬仪c和参考坐标只有平移关系。将相机固定在经纬仪c上，并且得到相机坐标系和经纬仪c坐标系之间的关系。已知空间目标物体上三个目标点在其本身的物体坐标系下的坐标，再利用经纬仪a和b求得三个特征点在参考坐标系下的坐标，继而求出物体坐标系和参考坐标系之间的关系。最终得到目标物体坐标系和相机坐标系之间的关系作为目标物体三维位姿的参考值。以此参考值对其他的算法求得的目标物体三维位姿进行验证。利用目标物体位姿的参考值获得空间点在相机坐标系下的坐标，将其投射到图像平面，用于验证视觉系统标定的相机内参数。文档编号G01C25/00GK102589571SQ20121001597公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日专利技术者何永健, 张雪涛, 杨海伟, 王飞, 郑南宁, 郭宇 申请人:西安交通大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张雪涛，杨海伟，何永健，郭宇，郑南宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：