基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法，其包括构建世界坐标系{W}和确定初始采集图像时的初始外参矩阵、递推外参矩阵及光学中心的图像坐标、映射图像区域*的递推计算公式：以此为依据对依次采样的序列图像进行无畸变焦平面映射变化。本发明的图像拼接方法构思简单、合理，不仅图像拼接简单、累积误差小且精度高，而且能实现投影图像的等精度拼接。
【专利说明】基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及完整成像【技术领域】，尤其涉及一种基于坐标变换的完整成像的图像拼 接方法。
【背景技术】
[0002]目前视觉检测技术在工业的各个领域都有着广泛的应用，基于机器视觉的测量手 段和方法也得到了快速的发展，但对几何尺寸的视觉测量研究主要集中在对微小结构或尺 寸较小零件，其主要原因在于目前CCD器件像素级相对测量精度仅在ΚΓ 3数量级，而视觉系 统一次成像的成像区域与检测分辨率之间成反比关系。对微小物体进行图像测量时，由于 视场较小，可相应提高图像测量的分辨力来提高测量精度；而对于较大或细长类零件几何 尺寸的综合检测，一次成像获得的完整图像中由于分辨率不高从而导致检测精度满足不了 实际应用要求。
[0003] 依照化整为零、再集零为整的完整成像基本思想可以解决较大尺寸零件视觉测量 中视场与图像分辨率之间的矛盾，文献1【何博侠，张志胜，徐孙浩等.大尺寸机械零件的 机器视觉高精度测量方法。中国机械工程，2009 20 (1)】针对具有条形纹理表面的机械零 件提出了基于纹理特征的序列图像校准方法，但对具有光滑表面或者表面纹理无规则的检 测对象无能为力，其应用领域极其有限。
[0004] 文献2【刘凌云，罗敏等.基于图像拼接的尺寸精密检测算法研究，制造技术与 机床，2012, 11】中将图像拼接技术应用到视觉测量中，采用已标定摄像机方式建立图像投 影模型，提出了基于位姿变换的图像拼接算法实现图像之间的精确配准，并通过变位机驱 动摄像机精确变换位姿获取图像序列，实验验证该算法具有较高的拼接精度；但这种通过 变位机驱动实现摄像机位姿变换的方法存在以下缺陷：1.由于相邻两次采像时刻摄像机 位置和姿态均会改变，图像拼接运算复杂化；2.对于平面图像拼接，摄像机采集图像的景 深随着变位机旋转角度的变化而改变，因而等精度拼接的视场较小；上述问题使得该方法 的推广应用存在一定的局限性。
[0005] 在图像拼接阶段，文献2提出了基于移位采像时摄像机相对位姿描述的序列图像 配准算法，其算法流程如下所示： 1)设前后两次采像时摄像机坐标系位姿变换矩阵为#(其中i=l，2, 3......; j=i+l)，则世界坐标系{W}相对于摄像机坐标系{Cj}的变换矩阵$!(即第j次投影变换的 外参矩阵）可递推计算得到：
【权利要求】
1. 一种基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法，包括构建世界坐标系{W}和确定初 始采集图像时的初始外参矩阵
p; 所述世界坐标系{W}的构建：是先在检测平台上钻直径为Φ?的两个小孔并将两个小 孔的圆心分别标记为A、Β，然后以Α点为圆心，ΑΒ方向为X轴，测量平面为ΧΟΥ平面，定义 为世界坐标系{W}; 所述外参矩阵
的确定：是借助于平面靶标坐标系{WJ为桥梁，利用已标定内参的 摄像机对A、B小孔和平面标靶一次成像获得平面靶标坐标系{WJ相对于摄像机初始位姿 时的坐标系{CJ的位姿描述矩阵
以及所述世界坐标系{W}与平面标靶坐标系{WJ对应 X轴之间的夹角
，进而确定所述世界坐标系{W}相对于所述摄像机初始位姿时的坐标系 IA}的初始外参矩阵
。
2. 如权利要求1所述的基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法，其特征在于，所述 初始外参矩阵
具体是通过以下步骤确定的： 1) 将平面靶标平放到小孔A、B附近，使平面靶标及A/B孔在摄像机视野内清晰成像， 通过图像处理获得A、B两孔圆心的像点坐标
及靶标特征点的像点坐标； 2) 由祀标上特征点与其像点对应关系、已标定的摄像机内参获得所述平面祀标坐标系 {WJ相对于摄像机坐标系{C}位姿描述的位姿描述矩阵
，则测量平面上坐标系{W2}相 对于所述摄像机坐标系{C}的齐次变换矩阵
1满足关系式：
(1); 所述齐次变换矩阵
关系式中的h为平面靶标的板厚； 3) 由所述齐次变换矩阵
'及A、B两孔圆心的像点坐标
再次利用小孔 成像模型得到A、B两孔在所述坐标系{W2}中坐标分别戈
并由 所述线段与坐标系{W2}X轴之间的夹角β，获得所述世界坐标系{W}相对于所述坐标系 {W2}的位姿描述#满足关系式：
(2)； 4) 由上述公式（1)、（2)得出初始位姿时摄像机成像模型外参矩阵
满足如下关系式：
3. 如权利要求2所述的基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法，其特征在于：所述 线段AB与坐标系{W2}X轴之间的夹角
h满足关系式：
4. 如权利要求1至3任一所述的基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法，其特征在 于，所述图像拼接方法还包括确定所述世界坐标系{W}相对于第j次采像时所述摄像机坐 标系{Cj的递推外参矩阵
； 所述递推外参矩阵
|的确定是建立在对摄像机采像路径的特定规划上，即设任意第 i、j相邻两次移位采像i=l，2, 3......，j=i+l，摄像机仅作相对于世界坐标系{W}的X轴 或Y轴单轴向平移，移动量>
，则所述递推外参矩阵
满足关系式：
(3)。
5. 如权利要求4所述的基于坐标变换的完整成像的图像拼接方法，其特征在于，所述 第j次投影图像的行式胃-/列像素分别满足关系式 ：
(4)； 所述光学中心限定为投影图像的中心位置，其图像坐标
满足关系式：
(5)。
【文档编号】G06T3/40GK104050650SQ201410275226
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】刘凌云, 罗敏, 吴岳敏 申请人:湖北汽车工业学院