基于标定算法的精确测量定位方法

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	基于标定算法的精确测量定位方法
	翟顺诚;1 ; 伦宝利1 ; 龙潜1 ; 张晓世 2; 李捷 2; 李逵 2
申请（专利权）人	中国科学院云南天文台 ; 中国科学院空天信息创新研究院
专利号	ZL202110070836.9
申请号	CN202110070836.9
	2021-05-07
申请日期	2021-01-19
公开（公告）号	CN112767494A
公开日期	2021-05-07
IPC 分类号	G06T7/80 ; G06T7/13 ; G06T5/00 ; G01B11/00
CPC分类号	G06T7/80 ; G06T7/13 ; G06T5/006 ; G01B11/00 ; G06T2207/20164
授权国家	中国
专利类型	发明
专利状态	公开
学科领域	工程与技术科学基础学科 ; 测绘科学技术
产权排序	1
摘要	本发明公开了一种基于标定算法的精确测量定位方法，包括用确定焦距的相机对平面对棋盘格标定板变换任意位置、姿态进行多张图像获取，把图像转化为灰度图并进行二值化处理，对图像上棋盘格标定板角点的获取，获得图像棋盘格标定板角点的精确亚像素坐标，计算拍摄图片的相机设备内参数，通过多点定位方法得到拍摄的相机设备的旋转、平移矩阵等外参数，计算得到图片上期望定位点与之相对应的世界坐标点的精确位置。本发明可以获取相机任意位姿状态下拍摄的图像上任意像素点对应的真实空间的相对位置，而精确的目标位置定位是精密仪器加工和日常测量计算中非常重要的环节，提高定位和测量的精度与速度是工业界一直努力的目标和方向。
主权项	1.一种基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对拍摄图片角点亚像素坐标的获取，用焦距固定的相机对已知尺寸参数的棋盘格标定板进行变换任意位置、姿态的多张拍摄以获取图像，把图像转化为灰度图，将上述处理后的灰度图二值化后通过角点检测算法判断是否存在角点，若存在角点，则获得角点的精确亚像素坐标；步骤二：对相机设备内参数的获取，定义对应图像角点的相应世界坐标，获得角点的世界坐标和图像坐标的一一对应关系，选取若干组图像上角点和对应的世界坐标系上的点，通过标定算法获得拍摄该组图片相机设备的内参数和畸变系数；步骤三：对拍摄该组图片的相机设备外参数的获取，保持上述拍摄相机的焦距等内参数不变，在激光加工平面上选择待加工物体周围三个不共线的点用激光器打出，相机在任意位置、姿态下拍摄待加工物体获得图像，通过多点定位算法得到拍摄的相机设备的外参数；步骤四：固定已得到内外参数的相机位置，在保持待加工物体成像在相机取景范围内可任意移动待加工物体，相机重新获取移动后的图像，逐像素获得拍摄图像上的像素点，通过内外参数计算的转换矩阵得到激光加工平面与图像的可视化关系，即可在激光加工平面上对图像上任意位置进行精密加工操作。 2.根据权利要求1所述的基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于，在所述步骤一中，图像的灰度图是把图像的灰度值设置为0至255，255代表全白，0代表全黑；把白色与黑色之间按对数关系分为若干等阶，灰度分为256阶。 3.根据权利要求1所述的基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述角点检测算法包括以下步骤：步骤一：对图像进行预处理，对图像进行二值化，把灰度图转化为二值图；步骤二：寻找每个方格的相邻方格，并记相邻方格的个数，对所有相邻方格分类，分类的原则是类内所有的方格是相邻的；步骤三：根据已知角点个数，判别每个类中方格是否为所求的棋盘方格，确认方格位置和个数是否正确，若正确则提取所求棋盘方格所有任意两个方格的连接点，即为所求角点，获得所有角点精确亚像素坐标；若不正确，则棋盘角点检测失败。 4.根据权利要求1所述的基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述标定算法包括以下步骤：步骤一：定义该张图像上棋盘格标定板角点坐标对应的世界坐标点，世界坐标点需与理论情况相同，即两个角点间的坐标差值应为拍摄所用的棋盘格标定板格子间的真实间距；步骤二：将定义好对应的角点的世界坐标与像素坐标以矩阵形式输入函数计算得到相机的内参数和畸变系数。 5.根据权利要求1或4所述的基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于，所述像素坐标与世界坐标的关系如下：其中，u、v表示像素坐标系中的坐标，s表示尺度因子，fx、fy、u0、v0、γ表示5个相机内参数，R，t表示相机外参数，Xw、Yw、Zw表示世界坐标系中的坐标，即输入若干组世界坐标和对应的像素坐标点，得出需要的相机内参数。 6.根据权利要求1或4所述的基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于，所述畸变系数的关系为： u1＝u+(u-u0)[k1(x2+y2)+k2(x2+y2)2] v1＝v+(v-v0)[k1(x2+y2)+k2(x2+y2)2] 其中，(u，v)代表理想无畸变的像素坐标，(u1，v1)代表实际径像畸变的情况下的像素坐标，(u0，v0)代表主点，与是否存在畸变无关，直接在已求得的内参阵中得到。 7.根据权利要求1所述的基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于，相机设备外参数获取包括以下步骤：保持相机焦距等内参数不变，将待加工物体放在激光加工操作台上，在激光加工平面上选择待加工物体周围不共线三点，用激光器打出，相机在激光器加工平台旁轴任意位置、姿态下拍摄包含待加工物体和上述用激光器打出的不共线三点的图像，通过多点定位算法获得拍摄相机此时的外参数。 8.根据权利要求1或7所述的基于标定算法的精确测量定位方法，其特征在于：所述多点定位算法包括以下步骤：步骤一：输入激光加工平面上选择的待加工物体周围三点的激光加工平面坐标；步骤二：输入上述激光器打出的激光加工平面上三点的对应世界坐标；步骤三：通过余弦定理，再利用点云配准方法可以得到此时拍摄的相机系统图像坐标系相对于世界坐标系的平移和旋转矩阵。
语种	中文
专利代理人	刘妮
代理机构	北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/24296
专题	南方基地
作者单位	1.中国科学院云南天文台, 云南省昆明市官渡区羊方旺396号 2.中国科学院空天信息创新研究院
第一作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	翟顺诚;,伦宝利,龙潜,等. 基于标定算法的精确测量定位方法. ZL202110070836.9[P]. 2021-05-07.

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CN112767494A - 基于标定算（576KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文