[发明专利]面向大视场运动目标的多相机高精度三维位姿跟踪方法

权利要求书

1.一种面向大视场运动目标的多相机高精度三维位姿跟踪方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)、在被测运动物体表面装配可被识别的标准棋盘格；

(2)、经过标定得到m台相机各自的内参数初值，依次记作C_i1，C_i2，...，C_im，标定得到m台相机之间的外参数初值，依次记作C_e1，C_e2，...，C_em；

(3)、经过图像处理和多相机三维重建算法，求得棋盘格上n个角点在世界坐标系下的三维坐标初值，依次记作P_w1，P_w2，...，P_wn；

(4)、利用标准棋盘格角点坐标，对相机内参数做空间局部光束法平差优化；

(5)、利用空间局部优化后的相机内参数，对棋盘格上角点的空间三维坐标做光束法平差优化。

2.根据权利要求1所述的一种面向大视场运动目标的多相机高精度三维位姿跟踪方法，其特征在于：步骤(4)所述的利用标准棋盘格角点坐标，对相机内参数做空间局部光束法平差优化，具体包括如下步骤：

(4a)将n个角点在棋盘格坐标系下的空间三维坐标值，依次记作Q_c1，Q_c2，...，Q_cn，将其转换为在世界坐标系下的空间三维坐标值，依次记作Q_w1，Q_w2，...，Q_wn；

(4b)基于共线方程，计算得到第i个角点Q_wi在第j台相机的成像平面上的重投影像点像素坐标为q_ij(u_qij，v_qij)；

(4c)原像点像素坐标p_ij(u_pij，v_pij)与重投影像点像素坐标q_ij(u_qij，v_qij)间的欧氏距离即为重投影误差；

(4d)将n个角点在m台相机中的总重投影误差作为第一步光束法平差优化的目标函数；

(4e)将棋盘格上n个角点在世界坐标系下的空间三维点坐标Q_w1，Q_w2，...，Q_wn作为最优化算法的约束量，基于上述目标函数，采用LM(Levenberg-Marquardt)算法，对步骤(2)中标定得的m台相机的内参数初值C_i1，C_i2，...，C_im进行迭代优化，得到在空间局部位置处较高精度的各相机内参数优化值，依次记作C_i1′，C_i2′，...，C_im′。

3.根据权利要求2所述的一种面向大视场运动目标的多相机高精度三维位姿跟踪方法，其特征在于：步骤(5)所述的利用空间局部优化后的相机内参数，对棋盘格上角点的空间三维坐标做光束法平差优化，具体过程如下：

(5a)根据步骤(3)中求得的三维坐标初值P_w1，P_w2，...，P_wn，基于共线方程，计算得到第i个角点P_wi在第j个相机的成像平面上的重投影像点像素坐标为p_ij′(u_pij′，v_pij′)，其中1≤i≤n，1≤j≤m；

(5b)原像点像素坐标p_ij(u_pij，v_pij)与重投影像点像素坐标p_ij′(u_pij′，v_pij′)间的欧氏距离即为重投影误差；

(5c)将n个角点在m台相机中的总重投影误差作为第二步光束法平差优化的目标函数；

(5d)将步骤(4)局部处优化后精度较高的相机内参数C_i1′，C_i2′，...，C_im′作为最优化算法的约束量，基于上述目标函数，采用LM算法，对步骤(3)中求得的被测棋盘格上的n个角点的三维坐标初值P_w1，P_w2，...，P_wn进行迭代优化，得到在该局部处精度较高的三维坐标值，依次记作P_w1′，P_w2′，...，P_wn′，即为最终结果。