[发明专利]基于手机单目视觉的棋盘格合作目标的六自由度测量方法及其应用

说明书

本发明涉及基于手机单目视觉的棋盘格合作目标的六自由度测量方法，包括：一.在被测物上定义体坐标系及粘贴棋盘格；二.架设手机并设置焦距不变，手机相机拍摄棋盘格图像1张；取一可活动的平板粘贴棋盘格，通过移动或转动棋盘格，相机采集n张不同方位的棋盘格图像，n≥2；三.将n+1张棋盘格图像用张正友标定法标定，获得相机的内外参数，包括棋盘格的坐标系与手机相机坐标系的位姿关系；四.根据棋盘格坐标系与体坐标系的的位姿关系、棋盘格坐标系与手机相机坐标系的位姿关系，求解体坐标系与手机相机坐标系的位姿关系。还涉及该方法的应用。本发明设备复杂程度低，降低了六自由度测量的成本，准确度高，属于视觉测量技术领域。

技术领域

本发明涉及视觉测量技术，具体涉及一种基于手机单目视觉的棋盘格合作目标的六自由度测量方法及其应用。

背景技术

空间中物体的六自由度是一组非常重要的参数信息，代表着物体在空间中的准确位置及姿态，其在精密制造、装配、航空航天等领域均有重大用途，其测量常采用激光、霍尔传感器、视觉等方式。

激光测量方法包括激光跟踪仪、激光准直法及激光干涉仪等，该类方法的测量精度高，但由于激光的折射率易受环境的影响，从而导致该类方法无法在环境多变的场景下准确测量。另一方面，激光准直法和激光干涉仪需要设计专门的光路，从而对被测物的大小或运动范围存在一定限制。霍尔传感器常以多个或者融合其他传感器的形式测量六自由度，其测量精度也比较高，但是其常用来测量六自由度的微变化，一般是将被测物放在布置好霍尔传感器的平台上测量。

视觉测量方式具有非接触式、精度高、测量范围广等优点，可分为多目和单目视觉测量。多目视觉测量即采用两台或者多台视觉传感器(工业相机、普通相机等)测量，测量精度高，可准确还原被测物的深度信息，但其视场范围小于单目视觉测量，且多相机的立体匹配复杂，限制了该类测量方法的广泛使用。相反，单目视觉测量只采用一台视觉传感器测量，其视场范围广，标定简单，设备复杂程度低，从而备受各行各业的关注。虽然单目视觉优点突出，但是其无法准确的还原被测物的深度信息。

视觉测量方法常采用工业相机或其他相机作为视觉传感器，但是近年来逐渐出现将智能手机摄像头作为视觉传感器的测量方法。智能手机的摄像头具有强大的拍摄功能，不仅可以实现高清晰度的拍摄，而且还可以实现高帧率的拍摄，并且几乎是人人拥有的电子产品，是视觉测量时非常适合的图像获取设备。

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：提供一种通过简单的设备即可实现被测物六自由度稳定测量的基于手机单目视觉的棋盘格合作目标的六自由度测量方法及其应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于手机单目视觉的棋盘格合作目标的六自由度测量方法，包括如下步骤：步骤一.在被测物上定义体坐标系及粘贴第一张棋盘格，且棋盘格与体坐标系的位姿关系易测；步骤二.架设手机并设置焦距不变，手机相机拍摄被测物上的棋盘格图像1张；取一可活动的平板粘贴第二张棋盘格，通过移动或转动棋盘格，手机相机采集n张不同方位的棋盘格图像，其中，n≥2；步骤三.将采集到的n+1张棋盘格图像利用张正友标定法标定，获得手机相机的内外参数，包括获取粘贴于被测物体上的棋盘格的坐标系与手机相机坐标系的位姿关系；步骤四.根据被测物上的棋盘格坐标系与体坐标系的的位姿关系，以及被测物上的棋盘格坐标系与手机相机坐标系的位姿关系，求解体坐标系与手机相机坐标系的位姿关系，即被测物体的六自由度。

作为一种优选，步骤一中，体坐标系以被测物质心为原点，随被测物的运动而运动；棋盘格粘贴在被测物的平面上，且棋盘格上建立的棋盘格坐标系与体坐标系的位姿关系通过人工测量的方式获得。

作为一种优选，步骤二中，设置焦距不变，从而手机相机拍摄照片时的焦距保持一致，通过锁定手机焦距方式实现焦距不变。