[发明专利]基于多目视觉的目标定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于多目视觉的目标定位方法，其特征在于，包括：

在待测目标区域覆盖至少四个视觉测量单元，每个视觉测量单元包括至少一个相机和至少一个激光测距仪；

确定视觉测量单元之间的相对位置关系；

标定视觉测量单元中相机与激光测距仪之间的相对位姿关系；

利用相机采集包括目标区域的图像，确定目标在图像中的位置和目标在相机坐标系下的方向；

调整激光测距仪，使激光测距仪对准目标，测量目标到激光测距仪的距离；

利用至少四个视觉测量单元获取的距离信息，计算目标的位置；

标定视觉测量单元中相机与激光测距仪之间的相对位姿关系，包括步骤S31-S32：

S31，标定相机内参；

S32，确定相机坐标系下的激光测距仪的光轴向量和激光测距仪原点在相机坐标系下的坐标；

当激光测距仪的激光光斑可见时，确定相机坐标系下的激光测距仪的光轴向量和激光测距仪原点在相机坐标系下的坐标，包括步骤S3201-S3210：

S3201，设定激光测距仪光轴的三维向量为^Cn＝[n_x,n_y,n_z]^T，激光测距仪原点在相机坐标系下的坐标为^Ct＝[t_x,t_y,t_z]^T；

S3202，利用激光测距仪测量相机坐标系下任意一点^Cp_i＝[^Cx_i,^Cy_i,^Cz_i]^T，并得到反馈距离l_i；

S3203，确定激光测距仪的测量斑点的图像坐标值w_i＝[u_i,v_i,1]^T；

S3204，利用标定的相机内参数K和畸变参数D得到图像坐标到相机坐标的投影方程P(K,D)，将图像坐标值w_i＝[u_i,v_i,1]^T转换到相机坐标系下为：k_i[x_i,y_i,1]^T＝P(K,D)w_i，x_i和y_i能够通过以上方程求解，k_i为未知参数；

S3205，根据k_i[x_i,y_i,1]^T＝^Ct+^Cn*l_i＝[^Cx_i,^Cy_i,^Cz_i]^T，确定求解方程组：

f_q1＝t_x+n_xl_i-x_it_z-x_in_zl_i＝0

f_q2＝t_y+n_yl_i-y_it_z-y_in_zl_i＝0

S3206，移动视觉测量单元，获取Q个不同的图像，Q≥3，基于获取的图像得到Q个方程组，Q个方程组包括2Q个方程；

S3207，基于方程组，利用奇异值求解法求解光轴向量^Cn＝[n_x,n_y,n_z]^T和原点坐标^Ct＝[t_x,t_y,t_z]^T的初始值；

S3208，构造^Cn的约束条件为：

S3209，构造优化函数为：ρ表示惩罚因子；

S3210，根据^Cn和^Ct的初始值、约束条件和优化函数，通过最小二乘优化算法获取^Cn和^Ct的精确值，并对获取的^Cn进行归一化，以转换为单位向量；

当激光测距仪的激光光斑不可见时，确定相机坐标系下的激光测距仪的光轴向量和激光测距仪原点在相机坐标系下的坐标，包括步骤S3211-S3222：

S3211，设定激光测距仪光轴的三维向量为^Cn＝[n_x,n_y,n_z]^T，激光测距仪原点在相机坐标系下的坐标为^Ct＝[t_x,t_y,t_z]^T；

S3212，构建同时满足相机和激光测距仪的测量要求的平面标定板；

S3213，确定标定板坐标系与相机坐标系的相对位姿关系；

S3214，确定标定板平面方程：π:AX+BY+CZ+D＝0；

S3215，确定相机坐标系下标定板平面方程：A'x+B'y+C'z+D'＝0；

S3216，利用激光测距仪测量相机坐标系标定板上任意一点^Cp_i＝[^Cx_i,^Cy_i,^Cz_i]^T，并得到反馈距离l_i；

S3217，确定求解方程组：

f_p1＝^Cx_i-t_x-n_xl_i＝0

f_p2＝^Cy_i-t_y-n_yl_i

f_p3＝^Cz_i-t_z-n_zl_i

f_p4＝(A',B',C',D')[^Cx_i,^Cy_i,^Cz_i,1]^T＝0

S3218，移动标定板，且保证移动前后的标定板不平行，获取P个不同的图像，P≥3，基于获取的图像得到P个方程组，P个方程组包括4P个方程；

S3219，基于方程组，利用奇异值求解法求解光轴向量^Cn＝[n_x,n_y,n_z]^T和原点坐标^Ct＝[t_x,t_y,t_z]^T的初始值；

S3220，构造^Cn的约束条件为：

S3221，构造优化函数为：ρ表示惩罚因子；

S3222，根据^Cn和^Ct的初始值、约束条件和优化函数，通过最小二乘优化算法获取^Cn和^Ct的精确值，并对获取的^Cn进行归一化，以转换为单位向量。