[发明专利]基于单台高速相机的双目测量装置对平地机空间坐标测量方法

说明书

本发明涉及基于单台高速相机的双目测量装置对平地机空间坐标测量方法，利用单台高速相机在带有毫米刻度的导轨相机架上进行平移，模拟双台相机双目测量原理，对水田平地机平地铲以及机身上的点进行点的三维重建，测出控制点在高速相机坐标系下的点的坐标，利用双目测量原理公式实现高速相机坐标系到世界坐标系下的转换，从而得出平地机上任意控制点的世界坐标，为平地机多体动力学位姿分析提供基础。本发明成本低、操作便利、实现高精度的空间物理点三维坐标的测量，属于工程测量技术领域。

技术领域

本发明涉及一种空间三维坐标测量方法，尤其是基于单台高速相机的双目测量装置对平地机空间坐标测量方法，属于工程测量技术领域。

背景技术

随着机器视觉技术在农业工程领域的出现以及广泛的应用，在机器结构的世界坐标系测量时可以采用摄像机进行点的测量(张振杰，2018年)，机器视觉利用两幅或者更多的二维图像来获取物体三维可见表面的几何形状，此方法就是三维重构技术，其中最重要的就是摄像机模型与对极几何约束建立(杨景豪，2016年)。事实上，在机器结构中，刚体中控制点的三维坐标变换也可以视作线性变换。在刚体空间点研究中，机器视觉技术往往需要使用多台相机获取多幅图像，或单台相机进行移动测量，最后采用图像分析软件对数据进行处理(Cappetti N，2016年)，此方法需要耗费大量成本与人力。

因此，需要提出一种基于单台相机的测试方法，设计一种带刻度的导轨装置，方便相机的安装与测量，同时，需要提出一种简化算法，用以计算相机坐标系与空间三维坐标系的转换关系，来解决操作不便、价格昂贵等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于单台高速相机的双目测量装置对平地机空间坐标测量方法，该方法操作便利，采用单台高速相机即可模拟双台相机双目测量原理，实现高精度的空间物理点三维坐标的测量。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于单台高速相机的双目测量装置对平地机空间坐标测量方法，双目测量装置包括带刻度导轨的相机架，单台高速相机在导轨上平移，模拟双台相机双目测量原理，高速相机上设置相机坐标系，得到控制点的相机坐标；部分控制点Pn位于平地机的平地铲上，平地铲上设置局部坐标系，测得Pn点的局部坐标，从而求得局部坐标系到相机坐标系的转化关系；部分控制点Qn位于平地机的机身上，机身上设置全局坐标系，测得Qn点的全局坐标，从而求得全局坐标系到相机坐标系之间的转化关系；根据局部坐标系到相机坐标系的转化关系、全局坐标系到相机坐标系之间的转化关系、控制点在相机坐标系下的坐标，求出任意控制点在局部坐标系和全局坐标系下的坐标。

作为一种优选，对于机身上难以测得全局坐标的点Qn’以及平地铲上难以测得局部坐标的点Pn’,但是Pn’和Qn’点的相机坐标容易求得，根据求得的局部坐标系到相机坐标系的转化关系、求得的全局坐标系到相机坐标系之间的转化关系、测量的控制点在相机坐标系下的坐标，求出Pn’的局部坐标和Qn’点的全局坐标。

作为一种优选，根据测得的控制点的全局坐标，以及Pn和Pn’点的局部坐标，求出局部坐标系到全局坐标系的转化关系，从而求出平地机上任意控制点的全局坐标。

作为一种优选，双目测量装置包括导轨、滑块、架体；导轨安装在架体上，滑块沿着导轨平移，导轨上标有毫米级刻度，高速相机安装在滑块上；高速相机的中心轴线与导轨垂直，从而形成双目平行的效果，高速相机选定的两个位置之间的距离为T。