[发明专利]一种基于至少两个公共标记点的双视角数据对齐方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于至少两个公共标记点的双视角数据对齐方法，属于图像处理和视觉测量领域。

背景技术

视觉测量是一种利用相机采集被测量物体表面图像并从中恢复出其三维外形的技术。线结构光测量和面结构光测量是诸多视觉测量方法中常用的两种实现方式。无论采用何种视觉测量方法，为了获取完整的物体表面数据，需要在多个位置以多个角度对物体进行测量。这就需要将多个角度下不同坐标系的测量数据融合到一个统一的坐标系下，以纠正由于测量装置位置移动带来的数据错位。

目前，对齐不同视角下测量数据的算法大致可以分为基于运动机构的方法、基于ICP的方法和基于标记点的方法三类：

第一类方法通过将测量装置固定在特定的运动机构上然后依靠读取运动机构编码器的数值获取视角间坐标系的变换关系，如林娜等人将测量装置安装在六自由度机械臂上；吴俣等人将测量装置与旋转平台相结合进行测量。采用这种方式进行数据对齐的缺陷是，测量装置的工作范围受到运动机构行程的限制，且容易形成测量死角。

第二类方法将两视角数据中距离最近点作为匹配点，并依此计算出一个旋转平移关系。迭代地进行上述步骤，即可以得出最终的双视角变换关系。但这种方法仅适用于面结构光测量方式，并且对两视角数据初始位置关系有要求，如果数据错位严重，则有可能得不到正确的对齐结果。

第三类方法通过在被测量物体表面粘贴标记点，并利用标记点中心的拓扑关系搜索两视角中的公共标记点(为计算稳定性一般采用四个)实现数据对齐。由于标记点中心具有很高的定位精度，因此，基于该方法的数据融合精度很高。同时，由于没有运动机构的束缚，理论上可以进行无限拼接。但是，标记点覆盖了物体部分表面，因此，被遮挡部分的数据只能依靠后期修复得到，影响了数据获取的完整性和准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于至少两个公共标记点的双视角数据对齐方法，本发明将标记点数量减少到了两个，减少了在物体表面粘贴标记点的数量，进而减少了被标记点遮挡的物体表面积，提高了数据的完整性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于至少两个公共标记点的双视角数据对齐方法，双视角至少有两个公共标记点，该方法包含以下步骤：

步骤1，在被测量物体上粘贴圆形标记点，左右目相机分别拍摄被测量物体，得到左右目图像；

步骤2，从步骤1中得到的左右目图像中提取出标记点边缘成像位置，利用椭圆拟合算法得到左右目标记点中心成像位置；

步骤3，将步骤2中得到的左右目标记点中心成像位置进行立体匹配，并根据匹配结果，完成标记点边缘成像位置在左右目图像中的匹配；

步骤4，利用双目三角法重建标记点中心和边缘位置的三维坐标；

步骤5，利用步骤4重建得到的标记点中心和边缘位置的三维坐标拟合平面，得到标记点所在局部平面的法向量信息；

步骤6，在另一个视角下，利用左右目相机分别拍摄被测量物体，重复步骤2～步骤5，得到该视角下的标记点中心的三维坐标及其所在局部平面的法向量信息；

步骤7，搜索两个视角下的公共标记点，利用搜索到的公共标记点的中心三维坐标及其所在局部平面的法向量信息，计算两视角间坐标系旋转平移关系，从而完成双视角数据对齐。

作为本发明的进一步优化方案，步骤1中的圆形标记点是编码或非编码标记点。

作为本发明的进一步优化方案，步骤1中在被测量物体上较为平坦的位置处粘贴标记点。

作为本发明的进一步优化方案，步骤1中左右目相机的内参数及左右目相机坐标系的刚体变换关系已经事先进行了标定。

作为本发明的进一步优化方案，步骤3中将步骤2中得到的左右目标记点中心成像位置进行立体匹配，具体步骤如下：

5.1如果采用圆形编码标记点，则依照标记点的编码值完成左右目标记点中心成像位置立体匹配；

5.2如果采用非编码标记点，则按照分为以下两种：

1)如果采用面结构光原理进行单视角数据测量，则依赖标记点中心成像位置的相位值完成立体匹配，具体为：

①对于左目中的任意标记点中心成像位置，根据左目相机的基本矩阵计算其在右目图像中的极线方程；

②搜索右目图像中位于①中极线两侧的标记点中心成像位置，找到其中与左目标记点中心成像位置相位最接近的那个作为匹配像素点，完成左右目标记点中心成像位置的匹配；

2)如果采用线结构光原理进行单视角数据测量，则具体为：