专利名称：基于几何约束的物体三维姿态测量方法
技术领域：
本发明涉及视觉检测技术、物体三维姿态测量，具体讲涉及基于几何约束的物体
三维姿态测量方法。
背景技术：
物体的位置与姿态测量在三维姿态测量技术在航空航天、汽车四轮定位、光笔测量技术、头盔瞄准定位系统、水下机器人悬停定位等工业领域有重要的应用价值。相比基于磁场的位姿测量方法，机器视觉法由于不受电磁场的干扰而被广泛的研究。目前对物体三维姿态进行测量的方法大多是直接对表示物体位姿的旋转平移矩阵进行求解，这种方法一般面临两个问题1进行位姿求解特征点的个数偏多，导致计算过程复杂；2求解过程中特征点的几何形状有特殊要求；这里拟将摄像机坐标系作为中介，利用4个非共面特征点，首先求解出定位特征点在摄像机坐标系下的坐标，然后再根据特征点在摄像机坐标系下的坐标得出物体旋转平移矩阵进而得出物体的位姿。
发明内容
为克服现有技术的不足，提供一种基于几何约束的物体三维姿态测量方法，满足现实中物体三维姿态智能、快速、高精度、低成本的检测需要，本发明采取的技术方案是， 基于几何约束的物体三维姿态测量方法，借助于sigma 二维转台、两个摄像机、摄像机支撑架、测量用靶标和计算机实现，将两个摄像机分别固定在各自的支撑架上并根据转台的高度调整摄像机的位置，测量靶标为一个立方体除底面外，每个平面上有4个非共面的红外 LED作为定位特征点，使二维转台带动靶标做偏转、俯仰两个自由度的运动，使用两部摄像机分别从不同角度拍摄定位标志，通过计算机采用串口发送信号至转台的控制箱，控制转台的运动，所述方法进一步包括如下步骤设特征点在摄像机坐标系下的坐标可以表示为if，上标c表示摄像机坐标系，在靶标局部坐标系即世界坐标系下的坐标值可以表示为^f，上标w表示世界坐标系，相应的图像在世界坐标系下的坐标Ii = (xui, yui)T(i取值为0、1、2、3中的一个)，T表示转置，因
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此OiJf与%的关系可以描述为
权利要求
1. 一种基于几何约束的物体三维姿态测量方法，其特征是，借助于sigma 二维转台、两个摄像机、摄像机支撑架、测量用靶标和计算机实现，将两个摄像机分别固定在各自的支撑架上并根据转台的高度调整摄像机的位置，测量靶标为一个立方体除底面外，每个平面上有4个非共面的红外LED作为定位特征点，使二维转台带动靶标做偏转、俯仰两个自由度的运动，使用两部摄像机分别从不同角度拍摄定位标志，通过计算机采用串口发送信号至转台的控制箱，控制转台的运动，所述方法进一步包括如下步骤设特征点在摄像机坐标系下的坐标可以表示为广，上标c表示摄像机坐标系，在靶标局部坐标系即世界坐标系下的坐标值可以表示为^f，上标w表示世界坐标系，相应的图像在
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述采用缩放正交投影模型用来近似实际透视成像模型，从而获得h的初值，具体为根据弱透视模型，假设靶标上的4个特征点具有相同的深度将除0号特征点外的特征点垂直投影到经过0号点且与CXD成像面平行的平面上，设为氏，其中s = f/%为缩放因子，可以通过公式(12)计算出s的值，1/s用来作为Iii的初值 'a = (P0P1 + P0P2 + P1P2 X-P0P1 +P0P2+ P1P2)
全文摘要
本发明脑电及视觉检测、物体三维姿态测量。为满足现实中物体三维姿态智能、快速、高精度、低成本的检测，本发明采取的技术方案是，基于几何约束的物体三维姿态测量方法，借助于sigma二维转台、两个摄像机、摄像机支撑架、测量用靶标和计算机实现，将两个摄像机分别固定在各自的支撑架上并根据转台的高度调整摄像机的位置，测量靶标每个平面上有4个非共面的红外LED作为定位特征点，使二维转台带动靶标做偏转、俯仰两个自由度的运动，所述方法是采用在4个非共面特征点的基础上根据特征点连线的空间几何形状形成的几何约束以及特征点在CCD像面上坐标值求解出特征点在摄像机坐标系下的坐标值实现。本发明主要应用于物体三维姿态测量。
文档编号G01C11/00GK102261908SQ20111010412
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者孙长库, 宋佳, 张子淼, 王鹏 申请人:天津大学