一種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明設及視覺檢測技術，特別設及一種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配 方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 視覺測量方法中包括結構光測量系統、雙目測量系統等具有非接觸、速度快、自動 化程度高、精度高等特點，因而被廣泛應用于各種工業產品的在線檢測、Ξ維外形掃描等方 面。
[0003] 在對較大體積的物體進行Ξ維外形掃描測量中通常采用的是結構光傳感器與雙 目測量傳感器相結合的方法，結構光用于獲取被測物體表面的信息，雙目則是通過左右圖 像的對應標記點的匹配來完成Ξ維數據的拼接或者傳感器坐標的定位。
[0004] 單純依靠圖像處理的匹配方法存在著處理算法復雜、誤匹率高的問題。當前通用 的雙目標記點匹配的算法很多其基本思想是基于連續性假設、相似性度量，外極約束等原 貝1J。應用最多的是外極約束，采用外極約束的匹配方法需要知道兩個相機的內外參數標定 過程略有繁瑣計算過程復雜，同時還存在共外極線的標記點無法匹配的問題。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種基于透視投影直線測量模型的 雙目匹配方法及其應用，該方法可W實現雙目測量中左右相機對應標記點快速、方便、高精 度的匹配，克服現有技術中雙目的匹配方法中標定較為復雜，存在誤匹配的情況，實現傳感 器獲取的物體表面點云數據高精度和有效地拼接。
[0006] 為了解決現有技術問題，本發明采用如下技術方案：
[0007] -種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配方法，包括如下步驟
[0008] 第一，選取空間中的一點P在左右圖像中的坐標分別(U1，VI)，（Ur，Vr);通過已經標 定的參數可W獲得其在標定面a上對應的傳感器坐標點A，B，
[0009] 第二，垂直于祀標方向平移一定距離后，確定P點在左右圖像在另一個標定面b上 對應的點A'，B'，
[0010] 第Ξ，通過左圖中的參考標記點的像素坐標確定空間透視投影直線AA'，并在右 圖中遍歷圖像中的標記點的像素(Uri，Vri)坐標及其透視投影線BiBi'，尋找與AA'所確定的 公垂線最短的透視投影線BB'，完成左右圖像中標記點的匹配。
[0011] 為了解決現有技術問題，本發明還提供一種應用技術方案：
[0012] -種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配的方法在雙傳感器的應用，包括如下 步驟：
[0013] 第一，在同一位置左右傳感器分別拍攝一幅圖像，分別對圖像進行二值化、邊緣提 取、楠圓擬合、中屯、提取等處理后，提取的標記圓的中屯、作為兩圖像進行匹配的目標點；
[0014] 第二，將左圖像中的標記點作為參考點，獲取參考標記點的像素坐標，結合基于多 項式的化τ模型在位置0mm和5mm處標定的兩套參數獲得在運兩個標定面上的空間點Ai和A/1的坐標；
[0015] 第Ξ，將右圖像中的標記點作為參考點，獲取參考標記點的像素坐標，結合基于多 項式的化T模型在位置0mm和5mm處標定的兩套參數獲得在運兩個標定面上的空間Bi點和B^i 的坐標；
[0016] 第四，對于左圖中的標記點和右圖中的每一個標記點都可W確定對應的一條空間 直線^和1^2，1^1和L2即左右圖像中單個標記點所對應的透視投影直線；
[0017] 第五，將左圖中的每個標記點及其所對應的透視投影線分別作為參考點和參考透 視投影線，遍歷右圖標記點所確定的空間透視投影線找到與參考透視投影線的公垂線最短 的透視投影線；
[0018] 第六，通過所述公垂線最短的透視投影線所對應的右圖中的標記點獲取與左圖的 參考標記點匹配的同一目標點，求取兩條透視投影線公垂線的中點P的空間坐標就是該目 標點在雙目傳感器下的空間Ξ維坐標；
[0019] 第屯，對所述雙目傳感器下的空間Ξ維坐標通過旋轉和平移相結合的關系完成世 界坐標轉換。所述步驟四中的b透視投影直線通過如下公式計算：
[0020]
(U
[0021] 所述步驟四中的L2透視投影直線通過如下公式計算：
[0022]
(巧
[0023] 所述步驟五中的公垂線最短的透視投影通過如下步驟計算：
[0024] 第一，根據兩條異面直線可W確定公垂線的方向向量，
[0027]第二，計算公垂線與。所形成的平面α與直線L2的交點D，其中α的方程為：
[002引
（自）
[0029] 第Ξ，通過公式(2)和(5)組成方程即可確定D;
[0030] 第四，通過公式（1)和（5)組成方程即可確定C;確定公垂線與L2所形成的平面β與 直線b的交點C點坐標；
[0031] 第五，由C、D在傳感器下的Ξ維坐標確定公垂線中點P點的坐標。
[0032] 所述步驟屯中的定旋轉和平移關系是傳感器坐標下與在世界坐標系下相對應的 Ξ個點分別組成的Ξ角形是全等的。
[0033] 為了解決現有技術問題，本發明還提供另一種應用技術方案：
[0034] -種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配的方法在結構光傳感器的應用，包括 如下步驟：
[0035] 第一，通過結構光光條的解算模型，在傳感器標定中確定光平面α在傳感器下的平 面方程；
[0036] 第二，在右相機中光條上的每個特征點通過本身的兩套標定參數確定一條透視投 影直線；
[0037] 第Ξ，在傳感器下的Ξ維坐標可W由透視投影線的方程與光平面的方程獲得；
[0038] 第四，通過光條特征點的傳感器坐標計算確定某個測量位置處光條上點的傳感器 坐標，結合傳感器坐標系與世界坐標系的轉換關系確定各個位置處光條上的點云數據統一 到世界坐標系下。
[0039] -種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配的方法在結構光傳感器的應用，所述 步驟Ξ中光平面方程與某一光條特征點的透視投影線的方程如下：
[0040]
[0041] 本發明有益效果：
[0042] 第一，本發明設計了在雙目視覺掃描測量中一套基于透視投影直線測量模型的雙 目匹配方法，結合基于多項式的化Τ模型的標定方法，可W簡單、快速、準確地實現雙目測量 中標記圓的匹配問題。第二，在工業現場中對被測物表面進行Ξ維掃描測量時，應用本發明 中匹配方法可W很方便地完成雙目中公共標記點的匹配問題并能測得公共標記點的在傳 感器下的Ξ維坐標，該方法標定簡單、快速，在工業現場的實用性強，誤匹率低。第Ξ，本發 明通過標記點的傳感器坐標與世界坐標的匹配獲得傳感器坐標系與世界坐標系的轉換關 系，事實證明該方法的可靠性高。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發明一種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配的方法采用雙目測量模 型圖。
[0044] 圖2是本發明一種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配的方法采用結構光光條 特征點解算模型圖。
[0045] 圖3是本發明一種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配的方法雙目標定過程示 意圖。
【具體實施方式】：
[0046] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細地說明：
[0047] 如圖1所示，本發明提供本發明一種基于透視投影直線測量模型的雙目匹配的方 法，
[004引第一，選取空間中的一點Ρ在左右圖像中的坐標分別(山，乂1)，（化，乂,）；通過已經標 定的參數可W獲得其在標定面a上對應的傳感器坐標點A，Β，