[发明专利]基于视觉与位姿融合的动态测量头盔

说明书

本发明涉及一种基于视觉与位姿融合的动态测量头盔，其特征在于，包括双目视觉成像的图像特征提取模块、双目视觉成像的图像特征匹配模块以及基于关键点图像坐标的尺寸计算模块。本发明解决了在相机非固定情况下外参无法确定导致图像像素点无法从图像坐标系映射到真实世界坐标系的关键问题。本发明实现了一个集成具有非接触式测量功能的安全头盔，对目标场景下的物体能实现一定精度的测量。本发明可以实现一个集成具有非接触式测量功能的安全头盔，对目标场景下的物体能实现一定精度的测量；本发明可以在工业环境下图像的高噪声干扰等情况下，对图像特征实现精确提取和精确匹配。

技术领域

本发明涉及一种基于视觉与位姿融合的动态测量头盔，属于信息处理领域。

背景技术

随着计算机技术的发展，视觉测量成为了今年来测量发展的一个重要方向。相比激光测量等非接触式测量方式，视觉测量成本更低，通用性更加广泛，对于不同场景下的不同物体都有很好的适用性。基于单摄像机的单目测量系统解决了对于平面上简单规则物体的二维尺寸的测量，但限于技术原因，必须固定位置，并每次安装后进行标定，流程较为繁琐，很难达到开箱即用的程度。而双目视觉测量系统则利用两个相机之间的视差来确定被测物体与测量相机之间的距离，从而为计算物体的三维尺寸提供了支持。

国外对于双目立体视觉技术的研究起步较早，经过几十年的发展研究，目前已经有了许多成熟的实际应用。如DhavalK.Patel等人使用Matlab设计算法，并开发了一套立体视觉测量系统，经过工业相机标定和三角测量原理完成距离测量，并具有很好的精度。世界上第一台采用核驱动的火星探测车“好奇号”，是由美国国家宇航局打造的新一代探测车，搭载视觉传感器，采用了双目立体视觉系统进行图像采集，构建火星表面环境的三维信息以完成探测车的路径规划。

而国内较国外起步时间较国外起步较晚，关于视觉技术的应用开始于90年代，机器视觉仍属于一个新兴行业。清华大学信息科学与技术国家实验室对基于立体视觉的三维建模方法进行了研究，利用线状结构光与立体视觉原理，提出一种基于多个自由平面的双目工业相机的新的标定算法和高效曲面重构算法，构造了一个面向虚拟现实应用的自动反响建模原型系统。全燕鸣等搭建了一套用于车间数控机床上的双目测量系统，通过移动相机对工件不同部位进行拍照处理，实现了对简单工件的几何尺寸测量。

尽管经过多年发展和研究，双目立体视觉取得了很大的进步和研究成果，但无论从理论还是实际生产应用，因为我们的研究仍处于初级阶段，所以关于双目立体视觉技术仍旧存在一些问题。比如尽管现在科技进步、硬件设备良好，但人类双眼所构成的视觉系统在采集到外界图像后，如何对图像进行处理和计算，最后才得到外界目标物体。

发明内容

本发明的目的是：主要针对户外大型设备或流水线产品批量抽检等难以用接触式的方法测量且不方便花大量时间安装调试固定式非接触测量系统的场景，基于集成相机等多传感器的安全头盔实现了一种开箱即用的非接触测量方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于视觉与位姿融合的动态测量头盔，其特征在于，在头盔上安装集成双目视觉成像的图像特征提取模块、双目视觉成像的图像特征匹配模块以及基于关键点图像坐标的尺寸计算模块，其中：

双目视觉成像的图像特征提取模块用于从双目视觉图像中提取特征点，获得特征点集；

双目视觉成像的图像特征匹配模块用于根据特征点集的对应关系建立双目系统模型，从而计算深度或者相机姿态；

利用图像特征提取模块以及图像特征匹配模块得到目标在图像上的关键点位置后，由基于关键点图像坐标的尺寸计算模块对双目相机进行标定，获得相机内参和初始外参，并根据位姿传感器参数计算相机相对于初始状态的旋转矩阵；尺寸计算模块再利用矩阵运算获得该位姿下相机的实际旋转矩阵结合关键点的深度信息；最后尺寸计算模块根据坐标转换公式获取所有关键点在真实三维空间的坐标，从而测量出目标尺寸。