一種平面特征點導航定位方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明是一種平面特征點導航定位方法與裝置，屬于計算機視覺與圖像處理領 域。
【背景技術】
[0002] 特征點的導航定位一直是攝影測量與計算機視覺領域研宄的重點內容，它是三維 重建、目標識別、機器人定位與導航、工業檢測等應用需要解決的關鍵技術問題。特別地，有 些應用場景需要用不同的相機對同一個物體成像，有的應用場景需要用同樣的相機對相似 的（不同的）物體成像，然后求取所成圖像中的匹配；有的場景綜合前面兩種情況，需要用 不同的相機對相似的（不同的）圖像成像，然后求取所成圖像中的匹配，并定位匹配點，進 行相應的控制操作，例如控制機械臂移動到對應的匹配點、控制相機對對應的匹配點精確 成像等。其中，前兩種場景是第三種場景的特殊情況（第一種是第三種保持成像物體不變， 第二種是第三種保持成像設備不變），所以針對這樣的應用場景只需討論第三種情景。在實 際成像過程中，一方面由于成像設備和成像物體都有可能不同，所成圖像可能存在噪聲、畸 變，甚至部分信息的損失；另一方面，由于成像系統與目標的距離和方位的原因，使得成像 時不是正投影，導致所成的像發生透視而不再是正視圖，這對于圖像的特征提取、識別等后 續處理非常不利，有時希望將圖像校正成正投影的形式，就需要利用透視變換；另外，為了 得到平面物體的幾何尺寸視覺測量也是系統的關鍵技術之一。
【發明內容】
[0003] 技術問題：為解決上述技術問題，本發明提供一種平面特征點導航定位方法與裝 置。
[0004] 技術方案：利用包含圖像重要信息的特征點來確定圖像間的變換關系是解決此問 題的一種有效方法。本發明提出的平面特征點導航定位方法，主要包括兩個大的方面：一、 圖像標準化與特征點的選擇、測量；二、特征點的匹配與導航定位。
[0005] 圖像標準化與特征點的選擇、測量部分包括：
[0006] (1)根據張正友標定方法完成相機的標定，獲取相機的內、外參數；
[0007] (2)獲取標定后的相機所拍攝的圖像；
[0008] (3)對拍攝的圖像進行畸變校正；
[0009] (4)選擇校正后的圖像中的感興趣矩形區域，對選取的矩形區域進行透視變換，使 其成為正投影的圖像，并稱之為標準化后的圖像；
[0010] (5)對標準化后的圖像，選取其中的感興趣的特征點，保存選取的特征點在標準化 圖像上的坐標；
[0011] (6)根據選取的特征點的圖像坐標與標定獲得的內外參數計算選取的特征點對應 的世界坐標，實現導航與測量。
[0012] 其中，⑴-⑶稱為預處理。
[0013] 特征點的導航定位部分包括：
[0014] (1)對獲取的圖像預處理（如特征點選擇部分）；
[0015] (2)提取兩幅相似圖像的SIFT特征點并計算兩幅圖像之間的變換矩陣H ;
[0016] (3)用選取的特征點與計算出的變換矩陣求取相似圖像上的對應特征點；
[0017] (4)將計算出的特征點圖像坐標重投影到世界坐標系中，實現特征點的定位導航 與測量。
[0018] 有益效果：從上述技術方案可以看出，本發明提出的特征點導航定位方法具有以 下有益效果：
[0019] (1)標定方法簡單易行，只要保持相機與工作臺位置相對固定，只需一次系統標定 即可；
[0020] (2)對獲取的圖像進行校正、透視變換等得到標準化的圖像，去除了由于噪聲、畸 變等引起的圖像變形、失真，便于特征點的選擇，也更符合人們的直觀感受；
[0021] (3)特征點的選擇（包括位置與數量）可以根據需要進行選擇，有更大的靈活性與 普適性；
[0022] (4)將特征點的圖像坐標重投影到世界坐標系，實現導航與測量，結果準確，精度 尚；
[0023] (5) SIFT特征對旋轉、尺度、縮放和亮度變化保持不變，對視角變化，仿射變換和 噪聲也保持一定程度的穩定性，另外對部分信息缺失的圖像仍可實現匹配，因此使用SIFT 特征作為圖像的匹配特征效率高，計算出的變換矩陣結果準確，相應的定位導航精度也較 尚。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明的圖像標準化與特征點的選擇、測量流程圖。
[0025] 圖2為本發明的計算轉換參數及實現測量的流程圖。
[0026] 圖3為本發明的坐標系建立圖。
[0027] 圖4為本發明的矩形框設計圖。
[0028] 圖5為本發明的二維圖像的透視變換圖。
[0029] 圖6為本發明的特征點的導航定位流程圖。
[0030] 圖7為本發明的SIFT圖像匹配步驟圖。
[0031 ] 圖8導航定位裝置示意圖
【具體實施方式】
[0032] 為了更加詳細地說明本發明的目的、技術方案及所實現的功能，以下結合具體實 施例，并參照附圖，對本發明進一步說明。
[0033] 本發明主要包含兩個大的方面的內容：一、圖像標準化與特征點的選擇、測量； 二、特征點的匹配與導航定位。
[0034] 第一部分流程框圖如圖1，包括如下步驟：
[0035] Sl :根據張正友標定方法完成相機的標定，獲取相機的內、外參數；
[0036] S2 :獲取標定后的相機所拍攝的圖像；
[0037] S3 :對拍攝的圖像進行畸變校正；
[0038] S4:選擇校正后的圖像中的感興趣矩形區域，對選取的矩形區域進行透視變換，使 其成為正投影的圖像，并稱之為標準化后的圖像；
[0039] S5 :對標準化后的圖像，選取其中的感興趣的特征點，保存選取的特征點在標準化 圖像上的坐標；
[0040] S6 :根據選取的特征點的圖像坐標與標定獲得的內外參數計算選取的特征點對應 的世界坐標，實現導航與測量。
[0041] 其中，為了得到相機的內外參數以及實現對圖像的校正、測量等工作，本發明提出 了一種基于單目視覺的平面特征點非接觸式測量方法。該方法首先在被測量平面上放置平 面靶標，并在平面靶標上選取特殊的特征點作為標定點進行相機的標定，從而得到從圖像 坐標系到世界坐標系轉換的必要參數。得到了轉換參數，就可以根據相機成像原理對圖像 進行校正并可以將圖像上的特征點投影到世界坐標系，得到其在世界坐標系對應的坐標， 進而完成測量等工作。
[0042] 圖2