[发明专利]基于折射图像偏差的三维信息视觉测量方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种基于折射图像偏差的三维 信息视觉测量方法。

背景技术

视觉测量技术在航空、航天、军工、航海导航等各个领域都有着极为广泛 的应用。视觉测量具有非接触、环境适应性强等优点，通过相机拍摄的图片即 可快速测量空间物体的三维坐标。而现在的单目视觉测量常常需要激光、投影 仪等光学辅助设备，完成空间信息的测量，导致测量过程繁琐、测量效率低等 缺点。北京工业大学的李秀智等人申请的发明专利CN105184857A，“基于点结 构光测距的单目视觉重建中尺度因子确定方法”提出在单目视觉重建引入结构 光主动视觉实现欧式三维重建。该方法从结构光出发，提出一种以点结构光为 辅助的单目视觉欧式三维重建方法，包括光斑质心中心定位、加入RANSAC排 异的空间直线拟合、求取空间三维点坐标。然而，该方法在测量过程中需要反 复调整棋盘靶标的位置多次，在每一位置还需要拍摄一张不打结构光的照片和 一张打结构光的照片，并且要求激光器和相机的空间位置不能发生变化，相对 较麻烦复杂，稳定性难以保证。中国科学院光电技术研究所的赵汝进等人申请 的发明专利CN104864851A，“一种基于矩形周长和面积加权约束的单目视觉位 姿测量方法”中提出的测量方法：利用4个特征点构造了矩形，并利用矩形目 标在位姿变化过程中其周长和面积保持不变的几何特征建立了加权误差约束关 系，再对矩形面积和周长误差约束转换为对目标位姿的约束，误差约束关系构 造了迭代解算位姿方法。该测量方法不能实现在任意被测物表面布置4个特征 点构造矩形，因此测量范围十分有限；其次在构造特征矩形的过程中，矩形的 几何精度难以保证，矩形的形状尺寸误差会对测量结果产生较大的影响，导致 测量结果较不稳定。

上述发明主要研究基于图像的空间三维信息测量等问题，并取得了很多重 要成果，但其单目视觉大多都辅助激光或者投影仪投影特征光条进行测量，测 量效率低，测量过程较为繁琐。

发明内容

本发明要克服现有单目测量的缺陷，发明一种基于折射图像偏差的三维信 息视觉测量方法，降低了单目测量的成本、简化了测量流程并且提高了测量速 度。将传统的基于激光投影或者基于空间先验知识的单目视觉测量方法，改变 为无需先验知识，只通过平行光学玻璃进行辅助的单目视觉测量方法，提高了 测量效率并且降低了成本，实现了单目相机对于全视场内的快速测量。

本发明所采用的技术方案是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：