[发明专利]一种双目立体视觉三维坐标测量方法

权利要求书

1.一种双目立体视觉三维坐标测量方法，其特征是：在被测对象表面粘贴散斑图像人工标记点，所述散斑图像人工标记点为三层环状结构，外层为黑色环带(11)，中层为白色环带(12)，内层为散斑图案块(10)；所述黑色环带(11)、白色环带(12)的形状为正多边形环或圆环；所述散斑图案块(10)的形状为正多边形或圆盘；散斑图案块(10)表现为散乱斑点或亮度随机分布的杂乱纹理；

人工标记点定位与三维坐标计算步骤如下：

步骤1：在被测对象(5)表面粘贴人工标记点之前，靠近粘贴位置处，使人工标记点与测量系统第一摄像机(1)的光轴垂直，记录该位置处人工标记点的正视图像其中上标o表示测量前拍摄的初始图像，下标1表示第一摄像机；在正视图像中，检测白色环带(12)的外边缘，通过基于边缘的圆或正多边形拟合计算白色环带(12)的中心坐标(u_c,v_c)作为人工标记点在正视图像中的图像坐标P_t^o，其中u、v是图像坐标，取值范围为1～100000，单位为像素，下标c表示白色环带中心；在正视图像中，取以(u_c,v_c)为圆心、半径为ω的圆盘图像作为该人工标记点的参考散斑图像s^r，ω单位为像素，取值范围为1～100000；按上述方式提取所有人工标记点P＝{p₁,...,p_n}的参考散斑图像并将其存储在计算机中，其中下标n是人工标记点序号，取值范围1～1000000，上标r表示该散斑图像为参考图像；

步骤2：对测量过程中第一摄像机(1)、第二摄像机(2)拍摄的测量图像进行二值化处理，找出图像中的白色区域，并通过腐蚀、膨胀操作去除二值化图像中噪声，其中上标e表示测量过程中拍摄的当前图像，下标1、2分别表示第一摄像机、第二摄像机；

步骤3：在白色区域中，根据步骤1中存储的参考散斑图像采用数字散斑相关方法分别在测量图像中进行亚像素精度级的散斑图像块匹配，得到人工标记点P＝{p₁,...,p_n}在两幅测量图像中的图像坐标其中u、v的上标1、2分别指该坐标为图像中图像坐标，上标T表示向量的转置；

步骤4：采用立体视觉测量系统标定结果，根据D¹、D²进行三维重建，得到人工标记点P＝{p₁,...,p_n}的空间三维坐标P^x,y,z＝[(x₁,y₁,z₁)^T,...,(x_n,y_n,z_n)^T]，其中x、y、z是三维空间坐标，上标T表示向量的转置。

2.根据权利要求1所述的一种双目立体视觉三维坐标测量方法，其特征在于：在步骤3中，先检测出白色区域中的白色环带(12)，再采用散斑图案块判定准则，剔除内部不包含散斑图案块的白色环带，在剩下的白色环带中进行散斑图像块匹配；所述散斑图案块判定准则是：ψ＞ε，其中ψ是白色环带内像素平均梯度强度，ε是判定阈值，取值范围0～100000；ψ定义为：其中，m是白色环带内像素数量，是白色环带内第i个像素在u坐标方向上的1阶导数，是白色环内第i个像素在v坐标方向上的1阶导数。

3.根据权利要求1所述的一种双目立体视觉三维坐标测量方法，其特征在于：在步骤3中，采用测量前存储的参考散斑图像下标k表示该参考散斑图像的序号，分别与第一摄像机(1)、第二摄像机(2)拍摄的测量图像进行散斑图像块匹配，得到在图像中坐标然后，在上，以为圆心、ω为半径，再取一个圆形参考散斑图像用在中进行散斑图像块匹配，得到坐标当时，以和的均值作为p_k在中的图像坐标，否则，在图像中手工指定p_k的图像坐标，其中，a为判定阈值，取值范围0～100000。

4.根据权利要求3所述的一种双目立体视觉三维坐标测量方法，其特征在于：对人工标记点进行编码的方法是：直接按顺序给参考散斑图像赋予编号C＝{c₁,...,c_n}，在人工标记点识别与定位过程中，根据当前人工标记点P_k与参考散斑图像的匹配结果，以最佳匹配的参考散斑图像的编号c_j作为P_k的编号。