位置目标图像，并以所述姿态测量像机（4)摄取左侧第一位置状态下的 左侧基准靶（5a)的图像作为左侧第一位置基准图像； 调整所述浮动工作台的位置和/或转角，使第j个测量区域处在所述目标测量像机（3) 的视场中心，同时使所述左侧基准靶（5a)处在所述姿态测量像机（4)的视场中心，确定左 侧第二位置状态，以所述目标测量像机（3)摄取左侧第二位置状态下的第j个测量区域的 图像作为左侧第二位置目标图像，并以所述姿态测量像机（4)摄取左侧第二位置状态下的 左侧基准靶（5a)的图像作为左侧第二位置基准图像； 对于各不同的测量区域，依次调整所述浮动工作台的位置和/或转角，确定各对应的 左侧位置状态，分别获得各左侧位置状态下对应的左侧目标图像和左侧基准图像，完成基 于左侧基准靶（5a)的所有测量区域的拍摄，获得基于左侧基准靶（5a)的第一组图； 步骤3 :基于右侧基准靶（5b)的拍摄过程： 调整所述浮动工作台的位置和/或转角，使第i个测量区域处在所述目标测量像机（3) 的视场中心，同时使所述右侧基准靶（5b)处在所述姿态测量像机（4)的视场中心，确定右 侧第一位置状态；以所述目标测量像机（3)摄取右侧第一位置状态下的第i个测量区域的 图像作为右侧第一位置目标图像，并以所述姿态测量像机（4)摄取右侧第一位置状态下的 右侧基准靶（5b)的图像作为右侧第一位置基准图像； 调整所述浮动工作台的位置和/或转角，使第j个测量区域处在所述目标测量像机（3) 的视场中心，同时使所述右侧基准靶（5b)处在所述姿态测量像机（4)的视场中心，确定右 侧第二位置状态，以所述目标测量像机（3)摄取右侧第二位置状态下的所述第j个测量区 域的图像作为右侧第二位置目标图像，并以所述姿态测量像机（4)摄取右侧第二位置状态 下的右侧基准靶（5b)的图像作为右侧第二位置基准图像； 对于各不同的测量区域，依次调整所述浮动工作台的位置和/或转角，确定各对应的 右侧位置状态，分别获得各右侧位置状态下对应的右侧目标图像和右侧基准图像，完成基 于右侧基准靶（5b)的所有测量区域的拍摄，获得基于右侧基准靶（5b)的第二组图； 步骤4:所述第一组图和第二组图拍摄结束后，通过图像数据处理获得图像中各标识 点的像点坐标，就完成了采用权利要求1所述系统进行测量前的数据采集与图像数据初步 处理的工作。
3.根据权利要求2所述的实现目标坐标测量的方法，其特征是所述图像数据处理按如 下步骤进行： 令：左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系与右侧基准靶（5b)表面各已知标 志点所在坐标系之间所已知的确定转换关系记为RTf，在整个标定和测量过程中，所述已知 的确定转换关系RTf保持不变，并且在测量过程中所述左侧基准靶（5a)和右侧基准靶（5b) 在空间的绝对位置保持不变； 步骤1 :系统标定 a、 标定像机内参数，包括目标测量像机内参数An^P姿态测量像机内参数A p; b、 利用左侧基准靶（5a)、右侧基准靶（5b)、目标测量像机（3)的内参数Am以及姿态测 量像机内参数A p通过标定获得目标测量像机坐标系和姿态测量像机坐标系之间的转换关 系 RTx ; 令：目标测量像机（3)的坐标系为OmXmYmZm，姿态测量像机（4)的坐标系为O pXpYpZp, 设置浮动工作台在适当的位置和角度，以目标测量像机（3)获取右侧基准靶（5b)的图 像，得到图像上各标识点的像点坐标，利用所述右侧基准靶（5b)表面各已知标识点计算获 得所述目标测量像机（3)的像机坐标系与所述右侧基准靶（5b)表面各已知标识点所在坐 标系之间的转换关系RTm;同时，以姿态测量像机（4)获取左侧基准靶（5a)的图像，得到图 像上各标识点的像点坐标，并利用所述左侧基准靶（5a)上的各已知标识点计算获得姿态 测量像机（4)的像机坐标系与所述左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系之间的 转换关系RTp ; 利用式（1)获得所述转换关系RTx :
步骤2,测量数据处理 (1)利用所述左侧第一位置基准图像上各标识点的像点坐标、左侧基准靶（5a)上已 知标识点以及姿态测量像机（4)的内参数\按如下方式计算获得所述第一位置状态下目 标测量像机（3)的坐标系与左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系之间的转换关 系： 令：姿态测量像机（4)的像机坐标系与左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系 之间的转换关系记为，所述转换关系是利用左侧基准靶上各已知标识点、基 准图像中各标识点的像点坐标及姿态测量像机（4)内参数Ap计算得到， 令：目标测量像机（3)的像机坐标系与左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系 之间的转换关系记为，利用式（2)计算获得所述转换关系:
利用所述左侧第二位置基准图像上的像点坐标、左侧基准靶（5a)上各已知标识点以 及姿态测量像机（4)内参数\按如下方式计算获得第二位置状态下目标测量像机（3)的 坐标系与左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系之间的转换关系： 令：姿态测量像机（4)的像机坐标系与左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系 之间的转换关系记为妙，所述转换关系是利用左侧基准靶上各已知标识点、基 准图像中各标识点的像点坐标及姿态测量像机内参数Ap计算得到， 令：目标测量像机（3)的像机坐标系与左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系 之间的转换关系记为，利用式（3)计算获得所述转换关系:
对于各不同的测量区域，计算获得拍摄不同测量区域时对应的目标测量像机（3)的像 机坐标系与左侧基准靶（5a)表面各已知标识点所在坐标系之间的转换关系； (2)利用所述右侧第一位置基准图像中各标识点的像点坐标、右侧基准靶（5b)上已知 标识点以及姿态测量像机（4)的内参数Ap按如下方式计算获得第一位置状态下目标测量 像机（4)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各标识点所在坐标系之间的转换关系： 令：姿态测量像机（4)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各标识点所在坐标系之间 的转换关系记为，所述转换关系是利用右侧基准靶（5b)上各已知标识点、 基准图像中各标识点的像点坐标及姿态测量像机（4)的内参数Ap计算得到， 令：目标测量像机（3)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各已知标识点所在坐标系 之间的转换关系记为，利用式（4)计算获得所述转换关系
利用所述右侧第二位置基准图像中各标识点的像点坐标、右侧基准靶（5b)上已知标 识点以及姿态测量像机（4)的内参数Ap按如下方式计算获得第二位置状态下目标测量像 机（4)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各标识点所在坐标系之间的转换关系： 令：姿态测量像机（4)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各标识点所在坐标系之间 的转换关系记为，所述转换关系是利用右侧基准靶（5b)上各已知标识点、 基准图像中各标识点的像点坐标及姿态测量像机（4)的内参数Ap计算得到， 令：目标测量像机（3)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各已知标识点所在坐标系 之间的转换关系记为咖，利用式（5)计算获得所述转换关系:
对于各不同的测量区域，计算获得拍摄不同测量区域时对应的目标测量像机（3)的像 机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各已知标识点所在坐标系之间的转换关系； (3) 利用左侧第一位置状态下转换关系沿;￥和已知的确定转换关系RTf，利用式（6) 计算获得左侧第一位置状态下目标测量像机（3)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各 已知标识点所在坐标系之间的转换关系:
利用左侧第二位置状态下转换关系和已知的确定转换关系RTf，利用式（7)计算 获得所述左侧第二位置状态下目标测量像机（3)的像机坐标系与右侧基准靶（5b)表面各 已知标识点所在坐标系之间的转换关系:
对于左侧位置状态下各不同的测量区域，计算获得对应的目标测量像机（3)的像机坐 标系与右侧基准靶（5b)表面各标识点所在坐标系之间转换关系； (4) 利用左侧第一位置目标图像中各标识点的像点坐标、右侧第一位置目标图像中各 标识点的像点坐标以及目标测量像机（3)内参数八 1]1按如下方式计算获得第i个测量区域 内各标识点的坐标： 令：第i个测量区域中任意标识点M在右侧基准靶（5b)表面各已知标识点所在坐标系 下的齐次坐标记为P，P = [XP，YP，ZP，1]τ，所述标识点M在左侧第一位置目标图像中的齐次 像点坐标记为P1, /々=[〃八ν/, If，所述标识点M在右侧第一位置目标图像中的齐次像点坐 标记为 Pr，ν/, I]7"; 利用式（8)计算获得所述标识点M在右侧基准靶（5b)所在坐标系下的齐次坐标P :
式⑶中，#和V是尺度因子 对于所述第i个测量区域中各标识点，计算获得各标识点的坐标； 利用左侧第二位置目标图像中各标识点的像点坐标、右侧第二位置目标图像中各标识 点的像点坐标以及目标测量像机（3)的内参数Ani按如下方式计算获得第j个测量区域内 各标识点的坐标： 令：第j个测量区域中任意标识点N在右侧基准靶（5b)表面各已知标识点所在坐标系 下的齐次坐标记为Q，Q= [X<1，Y<1，Z<1，1]T，所述标识点N在左侧第二位置目标图像中的齐次 像点坐标记为％，Λ v/·', If，所述标识点N在右侧第二位置目标图像中的齐次像点坐 标记为 qr，（/,.=["Λ lf 利用式（9)计算获得所述标识点N在右侧基准靶（5b)所在坐标系下的齐次坐标Q :
式（9)中，^和V是尺度因子 对于各不同的测量区域，利用对应的左侧和右侧目标测量像机（3)的像机坐标系相对 右侧基准革G (5b)表面各标识点所在坐标系的转换关系、对应的目标图像中标识点的像点 坐标以及目标像机（3)的内参Aj+算获得各测量区域内标识点坐标。
【专利摘要】本发明公开了一种目标空间坐标的浮动式立体视觉测量系统及测量方法，其特征是测量系统中包括两个基准靶，以及由目标测量像机和姿态测量像机构成的测量单元，测量单元设置在浮动工作台上，可以通过控制工作台的运动来调节两个像机的视场，将两个基准靶分别置于待测目标物体前设定物距远处，并在合适的工位用目标测量相机拍摄关于待测区域的图像，同时对应的姿态测量相机拍摄基准靶，通过预先标定得到的系统参数计算各个待测区域内标识点的坐标。本发明可以实现几十米大视场范围内目标空间坐标的浮动式立体视觉测量，被测区域可以不连续，并且随着测量区域的扩大，不会产生累计误差。
【IPC分类】G01B11-00
【公开号】CN104634246
【申请号】CN201510056644
【发明人】李安澜, 李为民, 赵雨, 丁靖琳, 丁靖玮
【申请人】李安澜
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月3日