[发明专利]一种相机与任意形状物理对象相对位置的估算方法有效

专利信息
申请号: 201510063551.7 申请日: 2015-02-06
公开(公告)号: CN104766303B 公开(公告)日: 2017-10-10
发明(设计)人: 高鹏;白晓亮;张树生;何卫平;石雁月 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: G06T7/70 分类号: G06T7/70
代理公司: 西北工业大学专利中心61204 代理人: 王鲜凯
地址: 710072 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 相机 任意 形状 物理 对象 相对 位置 估算 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及图形学和计算机视觉技术领域,具体为一种相机与任意形状物理对象相对位置的估算方法。

背景技术

基于GPS(Global Positioning System)的物理对象定位方法:

文献“GPS接收机对移动载体位姿测量方法的研究[J].科技信息.2008,(1):60-68”通过全球定位系统的导航卫星实现物理对象导航定位,其导航定位速度快,精度较高,可以全球范围内全天候测量物理对象的位置,运动轨迹和空间姿实时定位物理对实,但定位装置造价昂贵且应用领域较窄,特别是工厂等室内场景。

基于激光干涉原理的定位方法:

文献“飞机装配中的数字化测量系统[J].航空制造技术.2010,(23):21”通过利激光干涉测量跟踪仪跟踪物理对象目标反射镜,利用自身测量系统和激光干涉系统确定出反射镜中心的三维坐标,从而实现物理对象的连续实时定位。该方法可以实现实时测量定位,精度高,但同样造价不菲且应用范围不广泛。

基于人工标志的单幅图像定位方法:

文献“Model-based object pose in 25lines ofcode”Int.J.Computer,vol.15,nos.1-2,pp.123–141,1995中利用上述两者的投影关系列出求解方程,采用非迭代方法求解物理对象的位姿,该方法计算速度快,但对噪声敏感且定位结果不准确。

基于无人工标志的单幅图像定位:

文献“Improved iterative pose estimation algorithm using three dimensional feature points”Optical Engineering,2007,46(12),127202-1-8基于点特征的定位方法与基于人工标记点定位方法相同,只要提取物理对象自然特征点三个以上实现物理对象定位。但是存在识别精度差,识别困难以及定位出错率高等缺点。

文献“基于双平行线特征的位姿估计解析算法[J].仪器仪表学报,2008,29(3):600-604.”则利用物理对象上的平行四边形结构的双平行线特征以及平行四边形的面积作为输入,解算出物理对象位姿参数。但是对与曲面的无平行线的对象则无法定位,具有相当的局限性。

文献“一种基于圆特征的单目视觉位姿测量算法的改进[J]”合肥工业大学学报(自然科学版),2009,32(11):1669-1673通过对象圆特征进行物理对象定位,单个圆特征是无法实现物理对象定位的,一般需要添加辅助措施,此类方法一般针对特定的定位环境提出的,算法通用性差,移植难度较大。

发明内容

要解决的技术问题

针对目前基于轮廓形状的物理对象定位算法实时性仍然较差,无法在保证实时性的基础上提高物理对象的定位精度。本发明提出一种相机与任意形状物理对象相对位置的估算方法,自动化程度高、测量成本低且结果实时高效。由于本发明方法是基于物理对象轮廓形状特征,所以特征提取相对简单,可以达到实时性效果。与其他物理对象定位方法相比,本发明方法在算法上有很大改进,只需一个相机就可以完成物理对象的定位,具有其他定位方法所不具有的成本低廉的效果。

技术方案

一种相机与任意形状物理对象相对位置的估算方法,其特征在于步骤如下:

步骤a:物理对象的形状学习

步骤a1:以需要测量的物理对象为中心、一定距离为半径画一个球面;

步骤a2:相机在球面上从多个不同方向采集获得n幅图像;

步骤a3:提取每一幅图像的图像描述符Di=(d1,d2,...,dn)i;n≥10;

步骤a4:在球面上连接相机中心,形成球面网格;

步骤a5:将图像描述符Di记录到球面网格的顶点,形成物体形状描述符M(D,K)(D=Di,i=0,1,…,n,D是Di的集合),K表示拓扑连接关系;

步骤b:相对位置估算

步骤b1:相机从任意位置、角度采集测量的物理对象,得到一幅远轴图像I;

步骤b2:将远轴图像I变换为轴向图像I’:

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