CN112304220B - 一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法，包括步骤：S1，固定双目相机A和双目相机B；S2，将配准块置于双目相机A正前方，充满双目相机A的测量视野，用双目相机A测量配准块上基准点的坐标，计算基准点两两之间的距离值Lij；S3，将配准块置于第一配准位置，双目相机A和双目相机B测量基准点坐标，得到测量值MAk和MBk，k＝1,2,3,4；S4，对距离值Lij和测量值MAk和MBk进行测量平差优化，得到优化值L1ij、NAk和NBk，k＝1,2,3,4；S5，将配准块置于第二配准位置，重复步骤S3和S4中的测量和测量平差，得到优化值L1ij、NAk和NBk，k＝5,6,7,8；S7，对矩阵NA和NB进行最小二乘配准，得到双目相机A坐标系和双目相机B坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量T，提高了双目相机坐标系的配准精度。

Description

一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法
技术领域
本发明涉及视觉测量领域，尤其涉及一种双目相机坐标系配准方法。
背景技术
双目相机是一种视觉测量仪器，广泛应用于视觉测量领域。在应用双目相机对物体进行测量时，由于物体表面的遮挡，一台双目相机无法一次完成对同一物体多个表面的测量任务，需要应用多台双目相机，将多台双目相机的测量结果融合在一起，形成物体的测量数据。为此，就需要获得多台双目相机坐标系之间的转换关系，即进行双目相机坐标系的配准。
双目相机坐标系的配准一般采用基准点配准的方法。即固定若干个基准点，让两台双目相机分别对这些基准点进行测量，对两台双目相机的测量值进行基准点配准计算，求得两台双目相机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。但是采用上述方法的配准精度较低，尤其是当两台双目相机之间的公共测量视野范围较小时，给基准点的设置带来较大困难，导致可设置的基准点的数量较少，基准点的布局也较差，从而降低了双目相机坐标系配准的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法，以解决双目相机坐标系配准精度较低的问题。
本发明一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法，通过测量平差提高双目相机对基准点的测量精度，从而提高双目相机坐标系的配准精度，包括以下步骤：
S1.稳固放置好双目相机A和双目相机B，使得双目相机A和双目相机B的测量视野有部分重合；
S2.将配准块放置在双目相机A正前方，使其充满双目相机A的测量视野，记为标定位置。所述配准块为一正方体，它的一个表面上粘贴有4个基准点，称为测量表面；所述基准点为视觉测量领域常用的圆形标记点；
S3.用双目相机A测量配准块上的4个基准点的圆心坐标(xi,yi,zi)，i＝1,2,3,4，计算4个基准点的圆心之间的距离
Figure GDA0003501068110000011
i,j＝1,2,3,4，i≠j；
S4.将配准块置于双目相机A和双目相机B测量视野的重合部分内，使得双目相机A和双目相机B可同时测量到配准块上的基准点，记为第一配准位置；
S5.用双目相机A和双目相机B分别测量配准块上的4个基准点，分别得到基准点的圆心在双目相机A坐标系下的测量值MAk和在双目相机B坐标系下的测量值MBk，k＝1,2,3,4；
S6.对距离值Lij和步骤S5中的测量值MAk和MBk进行测量平差优化，得到优化值L1ij,i,j＝1,2,3,4，i≠j、NAk和NBk，k＝1,2,3,4；
S7.调整配准块的位置，使其仍位于双目相机A和双目相机B测量视野的重合部分内，使得双目相机A和双目相机B可同时测量到配准块上的基准点，且此时测量表面的朝向与步骤S3中配准块在第一配准位置时测量表面的朝向不同，记为第二配准位置；
S8.用双目相机A和双目相机B分别测量配准块上的4个基准点，分别得到基准点的圆心在双目相机A坐标系下的测量值MAk和在双目相机B坐标系下的测量值MBk，k＝5,6,7,8；
S9.对距离值Lij和步骤S8中的测量值MAk和MBk进行测量平差优化，得到优化值L2ij,i,j＝1,2,3,4,i≠j、NAk和NBk，k＝5,6,7,8；
S10.对矩阵NA和NB进行最小二乘配准，得到双目相机A坐标系和双目相机B坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量T，完成双目相机A坐标系和双目相机B坐标系的配准。
本发明的有益效果如下：
本发明一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法通过对双目相机A和双目相机B对基准点圆心坐标的测量值进行测量平差优化，得到平差值，提高了双目相机A和双目相机B对基准点圆心坐标的测量精度；然后将平差值进行基准点配准，得到双目相机A坐标系和双目相机B坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量T，提高了双目相机坐标系的配准精度，从而提高多个双目相机测量数据的融合精度，最终提高了采用多个双目相机对被测物体多个表面进行测量的精度。
下面结合附图对本发明一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法的步骤S2中标定块在标定位置示意图。
图2为本发明一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法的标定块在第一配准位置和第二配准位置示意图。
具体实施方式
S1.稳固放置好双目相机A1和双目相机B2，使得双目相机A1和双目相机B2的测量视野有部分重合；
S2.参见图1，将配准块3放置在双目相机A1正前方，使其充满双目相机A1的测量视野，记为标定位置。所述配准块3为一正方体，它的一个表面上粘贴有4个基准点4，称为测量表面；所述基准点4为视觉测量领域常用的圆形标记点。
S3.用双目相机A1测量配准块3上的4个基准点4的圆心坐标(xi,yi,zi)，i＝1,2,3,4，计算4个基准点4的圆心之间的距离
Figure GDA0003501068110000031
i,j＝1,2,3,4，i≠j；
S4.参见图2，将配准块3置于双目相机A1和双目相机B2测量视野的重合部分内，使得双目相机A1和双目相机B2可同时测量到配准块3上的基准点4，记为第一配准位置。
S5.用双目相机A1和双目相机B2分别测量配准块3上的4个基准点4，分别得到基准点4的圆心在双目相机A1坐标系下的测量值MAk和在双目相机B2坐标系下的测量值MBk，k＝1,2,3,4；
S6.对距离值Lij和步骤S5中的测量值MAk和MBk进行测量平差优化，得到优化值L1ij,i,j＝1,2,3,4，i≠j、NAk和NBk，k＝1,2,3,4；
S7.参见图2，调整配准块3的位置，使其仍位于双目相机A1和双目相机B2测量视野的重合部分内，使得双目相机A1和双目相机B2可同时测量到配准块3上的基准点4，且此时测量表面的朝向与步骤S3中配准块3在第一配准位置时测量表面的朝向不同，记为第二配准位置。
S8.用双目相机A1和双目相机B2分别测量配准块3上的4个基准点4，分别得到基准点4的圆心在双目相机A1坐标系下的测量值MAk和在双目相机B2坐标系下的测量值MBk，k＝5,6,7,8；
S9.对距离值Lij和步骤S8中的测量值MAk和MBk进行测量平差优化，得到优化值L2ij,i,j＝1,2,3,4,i≠j、NAk和NBk，k＝5,6,7,8；
S10.对矩阵NA和NB进行最小二乘配准，得到双目相机A1坐标系和双目相机B2坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量T，完成双目相机A1坐标系和双目相机B2坐标系的配准。
最后补充如下：
测量平差是现有的测绘学中的常用方法，它是将由冗余测量导致的各个观测值之间产生的矛盾根据加权矩阵分配给各个测量值，从而提高低精度测量值的精度，降低高精度测量值的精度。在本发明中，步骤S3中双目相机A对基准点的测量距离很近，测量得到的基准点圆心坐标精度很高，从而计算得到的基准点圆心之间的距离Lij是高精度测量值；而在步骤S5和步骤S8中，双目相机A和双目相机B对基准点的测量距离较远，测量得到的基准点圆心的坐标MAk和MBk是低精度测量值，经过测量平差优化，可以提高双目相机A和双目相机B对基准点圆心坐标的测量精度。
基准点配准是现有的技术，它通过最小二乘法求得两个矩阵所代表的测量坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量T。

Claims (1)

1.一种基于测量平差的双目相机坐标系配准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.稳固放置好双目相机A(1)和双目相机B(2)，使得双目相机A(1)和双目相机B(2)的测量视野有部分重合；
S2.将配准块(3)放置在双目相机A(1)正前方，使其充满双目相机A(1)的测量视野，记为标定位置；所述配准块(3)为一正方体，它的一个表面上粘贴有4个基准点(4)，称为测量表面；所述基准点(4)为视觉测量领域常用的圆形标记点；
S3.用双目相机A(1)测量配准块(3)上的4个基准点(4)的圆心坐标(xi,yi,zi)，i＝1,2,3,4，计算4个基准点(4)的圆心之间的距离
Figure FDA0003501068100000011
i,j＝1,2,3,4，i≠j；
S4.将配准块(3)置于双目相机A(1)和双目相机B(2)测量视野的重合部分内，使得双目相机A(1)和双目相机B(2)可同时测量到配准块(3)上的基准点(4)，记为第一配准位置；
S5.用双目相机A(1)和双目相机B(2)分别测量配准块(3)上的4个基准点(4)，分别得到基准点(4)的圆心在双目相机A(1)坐标系下的测量值MAk和在双目相机B(2)坐标系下的测量值MBk，k＝1,2,3,4·
S6.对距离值Lij和步骤S5中的测量值MAk和MBk进行测量平差优化，得到优化值L1ij,i,j＝1,2,3,4，i≠j、NAk和NBk，k＝1,2,3,4；
S7.调整配准块(3)的位置，使其仍位于双目相机A(1)和双目相机B(2)测量视野的重合部分内，使得双目相机A(1)和双目相机B(2)可同时测量到配准块(3)上的基准点(4)，且此时测量表面的朝向与步骤S3中配准块(3)在第一配准位置时测量表面的朝向不同，记为第二配准位置；
S8.用双目相机A(1)和双目相机B(2)分别测量配准块(3)上的4个基准点(4)，分别得到基准点(4)的圆心在双目相机A(1)坐标系下的测量值MAk和在双目相机B(2)坐标系下的测量值MBk，k＝5,6,7,8；
S9.对距离值Lij和步骤S8中的测量值MAk和MBk进行测量平差优化，得到优化值L2ij,i,j＝1,2,3,4,i≠j、NAk和NBk，k＝5,6,7,8；
S10.对矩阵NA和NB进行最小二乘配准，得到双目相机A(1)坐标系和双目相机B(2)坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量T，完成双目相机A(1)坐标系和双目相机B(2)坐标系的配准。
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