CN103913114A - 双目视觉系统间的位置关联方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于测量领域，提供了一种双目视觉系统间的位置关联方法，所述方法包括：使用至少二组双目视觉系统，并使至少二组双目视觉系统的测量范围有重叠；依据任意二组双目视觉系统的关系式和重叠部分的至少四个坐标值计算出任意二组双目视觉系统的关系式的参数；利用该关系式的参数和任意二组双目视觉系统的关系式将任意二组双目视觉系统的测量坐标统一到同一个三维坐标内。本发明具体实施方式提供的方法具有扩大测量范围的优点。

Description

双目视觉系统间的位置关联方法

技术领域

本发明属于测量领域，尤其涉及一种双目视觉系统间的位置关联方法及系统。

背景技术

双目视觉系统作为一种三维测量手段已经获得越来越广泛的使用。双目视觉系统由两组像机构成，空间点在左右像机的成像平面上分别得到投影点，从而利用三角关系计算出空间点的三维坐标。

受像机分辨率的限制，其测量精度和测量范围成反比关系，对于固定分辨率的像机，确定双目视觉系统测量精度后，测量范围也被唯一的确定。双目视觉系统通常采用CCD或CMOS作为图像接收传感器，受技术水平的限制，像机的分辨率总有一个上限，这些就限制了双目测量系统在保证一定精度条件下的测量范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双目视觉系统间的位置关联方法，旨在解决现有技术的双目测量系统的测量范围小的问题。

本发明是这样实现的，一种双目视觉系统间的位置关联方法，所述方法包括：

使用至少二组双目视觉系统，并使至少二组双目视觉系统的测量范围有重叠；

依据任意二组双目视觉系统的关系式和重叠部分的至少4个空间点坐标值计算出任意二组双目视觉系统的关系式的参数；

利用该关系式的参数和任意二组双目视觉系统的关系式将任意二组双目视觉系统的测量坐标统一到同一个三维坐标内；

所述任意二组双目视觉系统的关系式如下：

$\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ Y_1\\ Z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]$ 公式1

其中，矩阵方程中（X1，Y1，Z1）和（X2，Y2，Z2）分别是重叠部分的空间一点分别在第一双目视觉系统S1坐标系中的坐标以及第二双目视觉系统S2坐标系中的坐标，其余12个则为任意二组双目视觉系统间的坐标关联参数。

可选的，所述依据任意二组双目视觉系统的关系式和重叠部分的至少4个空间点坐标值计算出任意二组双目视觉系统的关系式的参数具体包括：

获取重叠部分至少4个空间点在S1的坐标值和S2的坐标值，将至少4个空间点在S1的坐标值和S2的坐标值代入到所述公式1得到至少包含12个方程的方程组，解析该方程组即得到12个参数，将12个参数代入到所述公式1即得到S1与S2的关系式。

可选的，所述利用该关系式的参数和任意二组双目视觉系统的关系式将任意二组双目视觉系统的测量坐标统一到同一个三维坐标内包括：

将所有S2检测的点的坐标带到S1与S2的关系式中计算得到所有S2检测的点的坐标在S1坐标系的值。

在本发明的技术方案具有测量范围大的优点。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种双目视觉系统间的位置关联方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式提供的具有共同视场的两双目系统的关联示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的双目系统上基准点相对双目系统的三维坐标测量示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的两组双目系统基准点的测量图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明具体实施方式提供的一种双目视觉系统间的位置关联方法，该方法如图1所示，包括：

S11、使用至少二组双目视觉系统，并使至少二组双目视觉系统的测量范围有重叠；

S12、依据任意二组双目视觉系统的关系式和重叠部分的至少4个空间点坐标值计算出任意二组双目视觉系统的关系式的参数；

S13、利用该关系式的参数和任意二组双目视觉系统的关系式将任意二组双目视觉系统的测量坐标统一到同一个三维坐标内。

本发明提供的方法通过关系式和至少4个空间点坐标值计算出任意二组双目视觉系统的关系式的参数计算出任意二足双目视觉系统的关系式的参数，然后将任意二组双目视觉系统的测量坐标统一到同一个三维坐标内，这样就增加了测量范围。

需要说明的是，上述任意二组双目视觉系统的关系式如下：

$\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ Y_1\\ Z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]$ （公式1）

其中，矩阵方程中（X1，Y1，Z1）和（X2，Y2，Z2）分别是重叠部分的空间一点分别在第一双目视觉系统S1坐标系中的坐标以及第二双目视觉系统S2坐标系中的坐标，其余12个则为任意二组双目视觉系统间的坐标关联的参数。

实现S12的方法具体可以为：

获取重叠部分至少4个空间点在S1的坐标值和S2的坐标值，将至少4个空间点在S1的坐标值和S2的坐标值代入到公式（1）得到至少包含12个方程的方程组，解析该方程组即得到12个参数，将12个参数代入到公式（1）即得到S1与S2的关系式。需要说明的是，由于4个点均为空间坐标，所有其包括有X、Y、Z的坐标值，所有每个坐标点可以生成3个方程，4个空间点坐标即可生成12个方程。另外，上述至少4个坐标点均不在同一平面内，这样能避免生成的方程组的方程属于线性关系而无法解出具体的参数值。

可选的，上述实现S13的方法具体可以为：

将所有S2检测的点的坐标带到S1与S2的关系式中计算得到所有S2检测的点的坐标在S1坐标系的值。这样就完成了将S2检测点的坐标统一到同一个三维坐标内。此时统一到同一个三维坐标具体为S1的三维坐标系。

图2所示实例中，实现了具有部分共同视场的两双目视觉系统之间的位置关联。在共同视场内放置几个标记点（不低于4个），标记点不能位于同一平面内。S1和S2分别测量出标记点的三维坐标，将测量结果代入上述方程，建立方程组，并求解出坐标变换所需的12个参数。重复上述过程可实现更多的双目视觉系统位置关联，从而不断的扩大测量范围。

图3、4所示实例中，实现了无共同视场的两双目视觉系统之间的位置关联。借助于第三组双目系统（定义为S′），同时在S1和S2上各固定几个基准点（不低于4个）。首先S'放置的位置应能实现与S1有部分共同的视场范围，同时S1上几个标记点也在S'视场范围内。在S′与S1的共同视场内再放置几个标记点（不低于4个），通过测试共同视场内的标记点来计算出S′与S1的三维坐标变换参数；再利用S'测量S1上各标记点的三维坐标，然后利用三维坐标变化计算出S1上各基准点在S1坐标系内的三维坐标。调整S'位置，并重复上述过程，S2上各基准点在S2坐标系内的三维坐标得出。再调整S'位置，使S1和S2上的所有基准点均在S'测量视场范围内，S'测量S1上各基准点三维坐标、结合前面得出的S1上各标记点在S1坐标系内的三维坐标，便可得出新位置上S′与S1的三维坐标变换参数；保持S'位置不动，同样过程可得S′与S2的三维坐标变换参数。利用矩阵运算便可求出S1和S2之间三维坐标变换参数。重复上述过程可实现更多地双目视觉系统位置关联，从而不断的扩大测量范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双目视觉系统间的位置关联方法，其特征在于，所述方法包括：

使用至少二组双目视觉系统，并使至少二组双目视觉系统的测量范围有重叠；

依据任意二组双目视觉系统的关系式和重叠部分的至少4个空间点坐标值计算出任意二组双目视觉系统间的坐标关联参数；

利用该关系式可以将任意二组双目视觉系统的测量坐标统一到同一个三维坐标内；

所述任意二组双目视觉系统的关系式如下：

$\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ Y_1\\ Z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]$ 公式1

其中，矩阵方程中（X1，Y1，Z1）和（X2，Y2，Z2）分别是重叠部分的空间一点分别在第一双目视觉系统S1坐标系中的坐标以及第二双目视觉系统S2坐标系中的坐标，其余12个则为任意二组双目视觉系统的关系式的参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据任意二组双目视觉系统的关系式和重叠部分的至少4个坐标值计算出任意二组双目视觉系统的关系式的参数具体包括：

获取重叠部分至少4个空间点在S1的坐标值和S2的坐标值，将至少4个坐标点在S1的坐标值和S2的坐标值代入到所述公式1得到至少包含12个方程的方程组，解析该方程组即得到12个参数，将12个参数代入到所述公式1即得到S1与S2的关系式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用该关系式的参数和任意二组双目视觉系统的关系式将任意二组双目视觉系统的测量坐标统一到同一个三维坐标内包括：

将所有S2检测的点的坐标带到S1与S2的关系式中计算得到所有S2检测的点的坐标在S1坐标系的值。