[发明专利]基于折射图像偏差的三维信息视觉测量方法

权利要求书

1.一种基于折射图像偏差的三维信息视觉测量方法，采用单摄像机 先拍摄一张图像A1，然后将已知折射率的玻璃板以任意角度放入相 机前，再利用摄像机拍摄一张图像A2，利用两张图像的偏差量，完 成被测物体空间三维信息的测量；测量方法的具体步骤如下：

第一步进行单摄像机的标定

测量方法采用单摄像机相对固定的方式，以精密加工的靶标板对 摄像机进行标定的方法；以张正友等人提出的基于2维平面靶标的摄 像机标定方法为基础，并针对测量过程中相对距离高精度的测量要求， 实现单目系统在较大视场下的高精度标定，单摄像机模型如下所示：

Zcuv1=Cx0u00Cyv0001[RT]XwYwZw1=MQXwYwZw1---(1)]]>

其中，Z_c为比例因子，(u₀,v₀)为图像的主点坐标，(C_x,C_y)为横纵方向的 等效焦距，R，T分别为摄像机坐标系相对于世界坐标系的旋转和平 移矩阵，(X_w,Y_w,Z_w)为控制点在世界坐标系下的坐标，M为相机内参数 矩阵，Q为相机外参数矩阵，(u,v)为控制点在摄像机平面上的像素坐 标；

第二步标记点特征的提取

采用梯度重心法分别提取A1、A2图像上的特征，首先采用高斯 一阶微分算子对图像进行卷积操作，以获得图像在各点的梯度，则对 于标志图案所在子区域的梯度重心点坐标的求取方法如下：

C=Σi=-hhΣj=-ww[|G(i,j)|·P(i,j)]/Σi=-hhΣj=-ww|G(i,j)|---(2)]]>

其中，C为应用梯度重心法所提取的标记点中心像素坐标值，(i,j)为 标记点坐标，|G(i,j)|为(i,j)点的梯度幅值，w，h分别为目标图像 的宽和高，P(i,j)为(i,j)点的图像坐标；

第三步三维信息求解

由于添加的玻璃板是平行板，所以通过以下方程求解平行玻璃板的法 向量n；

n(v0×b)＝0(3)

其中，n为平行玻璃板的法向量，v0是图像上标记点坐标的空间方向 矢量，b是同一特征点添加平行玻璃板前后的偏差矢量；

在无平行板遮挡前，通过小孔成像模型得到公式(4)，

v0P(3)f=P---(4)]]>

在平行板遮挡后，通过多折射模型得到公式(5)，

P=-P(3)v0v0Tn-d1(v1-v0)v1Tn---(5)]]>

公式(4、5)中：P为空间一点在摄像机坐标下的三维坐标，P⁽³⁾为P的 第三列，f为摄像机焦距，d₁为玻璃板厚度，v₀为靠近镜头端的光路 的方向向量，v₁光路在玻璃板中的方向向量，n为平行玻璃板的法向 量；

通过公式(4)和公式(5)的连立求解出P⁽³⁾，进而求解出P。