[发明专利]一种基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统的测量方法

权利要求书

1.一种基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量系统包括两台相机和计算机，所述两台相机通过网线与计算机相连接，所述计算机与同步触发器相连接，通过计算机控制同步触发器向相机同步发送采集信号；

所述两台相机安装在三脚架上，使所述两台相机的画面中心对准待测结构；

所述测量系统的配置方法包括以下步骤：

步骤1：在结构表面粘贴圆靶标，以圆靶标中心为测点，布置至少三个测点；在测点前方布置两台相机，两台相机分别设置在测点左前方与测点右前方，测点在左侧相机与右侧相机的视场内；

步骤2：使用棋盘格标定方法对视觉测量系统进行标定；将棋盘格标定板布置在视场内，选定当标定板紧贴在结构表面时，此时棋盘格标定板所在的平面为结构参考面；

步骤3：利用两台相机捕捉靶标运动；采集运动图像，完成第一张图像中圆靶标的识别，并在运动过程中跟踪捕捉圆靶标运动，得到测点在左侧相机与右侧相机图像上的像素坐标；

步骤4：将步骤3捕捉的标靶运动进行像点坐标优化；由标定结果计算左侧相机与右侧相机匹配像点的对应极线，由极线方程对像点坐标进行优化，得到优化后像点坐标；

所述步骤4的具体过程为，由采集左侧相机的内参数矩阵A_l，右侧相机的内参数矩阵A_r，左侧相机转换到右侧相机的旋转矩阵R_l2r与平移向量T_l2r计算得到相机的基本矩阵F，F＝A_r^-T[T_l2r]_×R_l2rA_l^-1

由基本矩阵F与匹配像点的坐标p_l、p_r求出对应极线的方程l_l、l_r：

l_l＝Fp_r

l_r＝Fp_l

由极线的方程l_l、l_r与像点的坐标p_l、p_r求出像点到极线的距离d_l与d_r；左侧相机与右侧相机过像点作极线的垂线，由像点指向极线的方向向量为D_l，D_r,优化后像点的坐标p′_l、p′_r为：

步骤5：完成结构六自由度测量；由优化后的像点坐标计算测点的三维位移，选择三个测点计算结构的三维转角，完成结构六自由度测量。

2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于，所述步骤2具体为，由采集的标定图像计算视觉测量系统的左侧相机的内参数矩阵A_l，右侧相机的内参数矩阵A_r；左侧相机参考系转换到右侧相机参考系的旋转矩阵R_l2r与平移向量T_l2r；结构参考面转换到左侧相机参考系的旋转矩阵R与平移向量T；

A_l、A_r、R_l2r与T_l2r的表达式为：

其中，分别为左侧相机在图像平面u、v轴上的等效焦距，分别为右侧相机在u、v轴上的等效焦距，(u_l,v_l)和(u_r,v_r)分别为左侧相机主点和右侧相机主点在图像平面的坐标，r_i(i＝1,2...,9)为左侧相机参考系到右侧相机参考系的旋转矩阵参数,t_x,t_y,t_z分别为左侧相机参考系到右侧相机参考系的平移矩阵参数。