CN111220128B - 一种单目聚焦的测量方法及终端 - Google Patents

一种单目聚焦的测量方法及终端 Download PDF

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CN111220128B CN202010062400.0A CN202010062400A CN111220128B CN 111220128 B CN111220128 B CN 111220128B CN 202010062400 A CN202010062400 A CN 202010062400A CN 111220128 B CN111220128 B CN 111220128B
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Abstract

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种单目聚焦的测量方法及终端。其包括：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。本发明提供的一种一种单目聚焦的测量方法及终端，能够实现待测目标物体在空间任意位置的测量。

Description

一种单目聚焦的测量方法及终端
本案是以申请号为201910109939.4，申请日为2019年1月31日，名称为《一种聚焦测量方法及终端》的专利申请为母案的分案申请。
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种单目聚焦的测量方法及终端。
背景技术
图像测量应用于各个领域。单目视觉系统结构简单，应用方便，在不借助已知标准物的前提下，只能对图像中已标定的单个物理平面上的目标进行测量。但实际应用场景中，由于待测目标物体处于空间任意位置，甚至不处于任何物理平面上，上述的单目视觉系统无法实现对待测目标物体的测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明提供了一种单目聚焦的测量方法及终端，能够实现待测目标物体在空间任意位置的测量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单目聚焦的测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
本发明还提供了一种单目聚焦的测量终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种单目聚焦的测量方法和终端，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种单目聚焦的测量方法的主要步骤示意图；
图2为根据本发明实施例的一种单目聚焦的测量终端的结构示意图；
图3为根据本发明实施例一中的坐标系示意图；
图4为根据本发明实施例二中的坐标系示意图；
图5为根据本发明实施例三中的坐标系示意图；
标号说明：
1、存储器；2、处理器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明最关键的构思为：获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。
请参照图1，本发明提供了一种单目聚焦的测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
从上述描述可知，本发明提供的一种单目聚焦的测量方法，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离；
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点的空间坐标。
从上述描述可知，通过上述方法，能够快速准确地计算得到目标点的空间坐标，提高了聚焦测量的效率。
进一步的，所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度；
根据所述目标点的空间坐标及第二云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面。
从上述描述可知，通过上述方法，能够确定处于任何空间位置下的待测目标物体的聚焦平面，从而确定拍摄的图像与聚焦平面之间的映射关系，从而实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、目标点的空间坐标、第一云台旋转角度及第二云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述方法，能够快速精确地确定计算得到图像与所述聚焦平面的映射关系，从而确保处于空间任意某个位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第一目标点，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度；通过所述激光器对所述第一目标点进行测距，得到第一激光距离；根据所述第一激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述目标点的第一空间坐标；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第二目标点，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度；通过所述激光器对所述第二目标点进行测距，得到第二激光距离；根据所述第二激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述目标点的第二空间坐标；
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度；根据所述第一空间坐标、所述第二空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、第一空间坐标、第二空间坐标、第三云台旋转角度、第四云台旋转角度和第五云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述方法，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量，且能够保证测量的精度。
请参照图2，本发明还提供了一种单目聚焦的测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
从上述描述可知，本发明提供的一种单目聚焦的测量终端，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述的一种单目聚焦的测量终端，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离；
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点的空间坐标。
从上述描述可知，通过上述终端，能够快速准确地计算得到目标点的空间坐标，提高了聚焦测量的效率。
进一步的，所述的一种单目聚焦的测量终端，所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度；
根据所述目标点的空间坐标及第二云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面。
从上述描述可知，通过上述终端，能够确定处于任何空间位置下的待测目标物体的聚焦平面，从而确定拍摄的图像与聚焦平面之间的映射关系，从而实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述的一种单目聚焦的测量终端，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、目标点的空间坐标、第一云台旋转角度及第二云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述终端，能够快速精确地确定计算得到图像与所述聚焦平面的映射关系，从而确保处于空间任意某个位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述的一种单目聚焦的测量终端，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第一目标点，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度；通过所述激光器对所述第一目标点进行测距，得到第一激光距离；根据所述第一激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述目标点的第一空间坐标；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第二目标点，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度；通过所述激光器对所述第二目标点进行测距，得到第二激光距离；根据所述第二激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述目标点的第二空间坐标；
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度；根据所述第一空间坐标、所述第二空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、第一空间坐标、第二空间坐标、第三云台旋转角度、第四云台旋转角度和第五云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述终端，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量，且能够保证测量的精度。
请参照图1和图3，本发明的实施例一为：
本发明提供了一种单目聚焦的测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
其中，所述S1具体为：
云台上设有摄像机和激光器，所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转(即绕云台的预设第二旋转轴进行旋转)，以及可绕竖直方向进行旋转(即绕云台的预设第一旋转轴进行旋转)，先旋转云台，使云台处于初始位置(水平方向与竖直方向的旋转角均为0度)，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点A，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度，所述第一旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αa和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002374916410000089
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点A在坐标系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000081
其中，
Figure BDA0002374916410000082
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
其中，所述S2具体为：
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度，所述第二云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000083
和第二云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002374916410000084
其中，
Figure BDA0002374916410000085
以聚焦点A点为Ow原点，以平行于Xo轴作Xw轴，以平行于Zo轴作Zw轴，由OwXwZw组成聚焦平面π，Yw垂直于聚焦平面π，建立坐标系Ow-XwYwZw；得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure BDA0002374916410000086
其中
Figure BDA0002374916410000087
Figure BDA0002374916410000088
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
其中，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure BDA0002374916410000091
由于聚焦平面π上Yw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure BDA0002374916410000092
其中，所述
Figure BDA0002374916410000093
是摄像头的固有矩阵，(u0,v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸。所述γ为预设的缩放因子，当γ＝1时，得到的测量尺寸大小与待测目标物体的尺寸大小相同；当γ＝2时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的两倍；当γ＝3时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的三倍；当γ＝0.5时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的0.5倍
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
其中，所述S4具体为：
在图像上选取待测目标的图像坐标，由步骤S3得到的坐标系uv与Ow-XwYwZw之间的映射关系，转换为坐标系Ow-XwYwZw下的坐标，即实现待测目标物体的测量。
请参照图1和图4，本发明的实施例二为：
本发明提供了一种单目聚焦的测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
其中，所述S1具体为：
云台上设有摄像机和激光器，所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转，以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始位置(水平方向与竖直方向的旋转角均为0度)，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第一目标点A，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度，所述第三旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αa和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002374916410000101
根据所述激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述第一目标点A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000102
其中，
Figure BDA0002374916410000103
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第二目标点B，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度，所述第四旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αb和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βb；
通过所述激光器对所述第二目标点B进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002374916410000104
根据所述激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述第二目标点B在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000105
其中，
Figure BDA0002374916410000106
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
其中，所述S2具体为：
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度，所述第五云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000111
和第五云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002374916410000112
其中，
Figure BDA0002374916410000113
根据B在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000114
和第五云台旋转角度，计算得到B点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002374916410000115
其中，
Figure BDA0002374916410000116
连接A、B两点，得到直线AB；穿过A点或B点，得到平行于Ye轴的直线L；由直线AB和直线L组成聚焦平面π，得到Ze轴与聚焦平面π的交点Ow；以Ow为原点，以平行于Ye轴方向为Yw方向，使Zw垂直于聚焦平面π，根据Yw和Zw确定Xw方向，从而建立坐标系Ow-XwYwZw；得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure BDA0002374916410000117
其中
Figure BDA0002374916410000118
Figure BDA0002374916410000119
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
其中，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure BDA0002374916410000121
由于聚焦平面π上Zw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure BDA0002374916410000122
其中，所述
Figure BDA0002374916410000123
是摄像头的固有矩阵，(u0,v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸。所述γ为预设的缩放因子，当γ＝1时，得到的测量尺寸大小与待测目标物体的尺寸大小相同；当γ＝2时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的两倍；当γ＝3时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的三倍；当γ＝0.5时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的0.5倍。
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
其中，所述S4具体为：
在图像上选取待测目标的图像坐标，由步骤S3得到的坐标系uv与Ow-XwYwZw之间的映射关系，转换为坐标系Ow-XwYwZw下的坐标，即实现待测目标物体的测量。
请参照图1和图5，本发明的实施例三为：
本发明提供了一种单目聚焦的测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
其中，所述S1具体为：
云台上设有摄像机和激光器，所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转，以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始位置(水平方向与竖直方向的旋转角均为0度)，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第一目标点A，并记录云台的旋转角度，得到第六云台旋转角度，所述第六旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αa和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002374916410000131
根据所述激光距离和第六云台旋转角度，计算得到所述第一目标点A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000132
其中，
Figure BDA0002374916410000133
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第二目标点B，并记录云台的旋转角度，得到第七云台旋转角度，所述第七旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αb和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βb；
通过所述激光器对所述第二目标点B进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002374916410000134
根据所述激光距离和第七云台旋转角度，计算得到所述第二目标点B在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000135
其中，
Figure BDA0002374916410000136
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第三目标点C，并记录云台的旋转角度，得到第八云台旋转角度，所述第八旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αc和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βc；
通过所述激光器对所述第三目标点C进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002374916410000141
根据所述激光距离和第八云台旋转角度，计算得到所述第三目标点C在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000142
其中，
Figure BDA0002374916410000143
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
其中，所述S2具体为：
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第九云台旋转角度，所述第九云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；本发明中云台旋转角度均是相对于云台初始状态下的旋转角度；
以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000144
和第九云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002374916410000145
其中，
Figure BDA0002374916410000146
根据B在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000147
和第九云台旋转角度，计算得到B点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002374916410000148
其中，
Figure BDA0002374916410000151
根据C在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002374916410000152
和第九云台旋转角度，计算得到C点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002374916410000153
其中，
Figure BDA0002374916410000154
由A、B、C三点组成聚焦平面π，得到Ze轴与聚焦平面π的交点Ow；以Ow为原点，使Zw垂直于聚焦平面π，在聚焦平面π上垂直于预设的交线的方向为Yw方向，所述交线为聚焦平面π与平面OeXeZe的交线，根据Yw和Zw确定Xw，从而建立坐标系Ow-XwYwZw；得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure BDA0002374916410000155
其中
Figure BDA0002374916410000156
Figure BDA0002374916410000157
ω为Yw轴和平面OeXeZe夹角的余角，
Figure BDA0002374916410000158
为聚焦平面π与平面OeXeZe的交线和Ze轴的夹角；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
其中，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure BDA0002374916410000159
由于聚焦平面π上Zw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure BDA0002374916410000161
其中，所述
Figure BDA0002374916410000162
是摄像头的固有矩阵，(u0,v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸。所述γ为预设的缩放因子，当γ＝1时，得到的测量尺寸大小与待测目标物体的尺寸大小相同；当γ＝2时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的两倍；当γ＝3时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的三倍；当γ＝0.5时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的0.5倍
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
其中，所述S4具体为：
在图像上选取待测目标的图像坐标，由步骤S3得到的坐标系uv与Ow-XwYwZw之间的映射关系，转换为坐标系Ow-XwYwZw下的坐标，即实现待测目标物体的测量。
请参照图2，本发明的实施例四为：
本发明提供的一种单目聚焦的测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现实施例一中的所有步骤。
本发明的实施例五为：
本发明提供的一种单目聚焦的测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现实施例二中的所有步骤。
本发明的实施例六为：
本发明提供的一种单目聚焦的测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现实施例三中的所有步骤。
综上所述，本发明提供的一种单目聚焦的测量方法和终端，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种单目聚焦的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像头的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
所述S1具体为：
所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始状态，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
所述云台处于初始位置时，其水平方向和竖直方向的旋转角度均为0度；
接着旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第一目标点，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度，所述第三云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αa和云台绕第二旋转轴旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述第一目标点进行测距，得到第一激光距离
Figure FDA0003772388910000014
根据所述第一激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述第一目标点的在坐标系O-XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000011
其中，
Figure FDA0003772388910000012
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第二目标点，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度，所述第四云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αb和云台绕第二旋转轴旋转的角度βb；
通过所述激光器对所述第二目标点进行测距，得到第二激光距离
Figure FDA0003772388910000013
根据所述第二激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述第二目标点在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000021
其中，
Figure FDA0003772388910000022
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像头的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度，所述第五云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
根据所述第一目标点的空间坐标、所述第二目标点的空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
所述根据所述第一目标点的空间坐标、所述第二目标点的空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面包括：
设所述预设的第一目标点为A点，预设的第二目标点为B点，连接A、B两点，得到直线AB；
得到穿过A点或B点，并且平行于当前状态下云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向的直线L；
由直线AB和直线L组成所述聚焦平面。
2.根据权利要求1所述的一种单目聚焦的测量方法，其特征在于，所述S2还包括：
在旋转云台后，以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A点在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000023
和第五云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure FDA0003772388910000024
其中，
Figure FDA0003772388910000025
根据B点在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000026
和第五云台旋转角度，计算得到B点在XeYeZe下的坐标
Figure FDA0003772388910000031
其中，
Figure FDA0003772388910000032
以Ze轴与聚焦平面π的交点Ow为原点，以平行于Ye轴方向为Yw方向，使Zw垂直于聚焦平面π，根据Yw和Zw确定Xw方向，从而建立坐标系Ow-Xw-Yw-Zw，得到坐标系Qw-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure FDA0003772388910000033
其中
Figure FDA0003772388910000034
Figure FDA0003772388910000035
所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像头内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure FDA0003772388910000036
由于聚焦平面π上Zw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure FDA0003772388910000037
其中，所述
Figure FDA0003772388910000038
是摄像头的固有矩阵，(u0，v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸，所述γ为预设的缩放因子。
3.一种单目聚焦的测量终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像头的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
所述S1具体为：
所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始状态，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
所述云台处于初始位置时，其水平方向和竖直方向的旋转角度均为0度；
接着旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第一目标点，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度，所述第三云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αa和云台绕第二旋转轴旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述第一目标点进行测距，得到第一激光距离OA；
根据所述第一激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述第一目标点的在坐标系O-XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000041
其中，
Figure FDA0003772388910000051
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第二目标点，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度，所述第四云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αb和云台绕第二旋转轴旋转的角度βb；
通过所述激光器对所述第二目标点进行测距，得到第二激光距离
Figure FDA0003772388910000052
根据所述第二激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述第二目标点在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000053
其中，
Figure FDA0003772388910000054
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像头的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度，所述第五云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
根据所述第一目标点的空间坐标、所述第二目标点的空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
所述根据所述第一目标点的空间坐标、所述第二目标点的空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面包括：
设所述预设的第一目标点为A点，预设的第二目标点为B点，连接A、B两点，得到直线AB；
得到穿过A点或B点，并且平行于当前状态下云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向的直线L；
由直线AB和直线L组成所述聚焦平面。
4.根据权利要求3所述的一种单目聚焦的测量终端，其特征在于，所述S2还包括：
在旋转云台后，以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A点在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000061
和第五云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure FDA0003772388910000062
其中，
Figure FDA0003772388910000063
根据B点在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003772388910000064
和第五云台旋转角度，计算得到B点在XeYeZe下的坐标
Figure FDA0003772388910000065
其中，
Figure FDA0003772388910000066
以Ze轴与聚焦平面π的交点Ow为原点，以平行于Ye轴方向为Yw方向，使Zw垂直于聚焦平面π，根据Yw和Zw确定Xw方向，从而建立坐标系Ow-XwYwZw，得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure FDA0003772388910000067
其中
Figure FDA0003772388910000068
Figure FDA0003772388910000069
所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像头内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure FDA00037723889100000610
由于聚焦平面π上Zw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure FDA0003772388910000071
其中，所述
Figure FDA0003772388910000072
是摄像头的固有矩阵，(u0，v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸，所述γ为预设的缩放因子。
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