一種基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器視覺領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定 位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前單目視覺系統(tǒng)排爆機(jī)器人采用一臺攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行測量，其單目視覺系統(tǒng) 對深度信息的恢復(fù)能力較弱，多目視覺系統(tǒng)排爆機(jī)器人采用多臺攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行測量， 其多目測量精度較高但是圖像傳輸速度慢，計(jì)算量大，測量耗時(shí)多。同時(shí)由于排爆機(jī)器人工 作環(huán)境的特殊性，圖像與數(shù)據(jù)信息的有線傳輸不僅增加了排爆的負(fù)擔(dān)，有礙其靈活工作還 給其自身安全性帶來隱患。且排爆機(jī)器人空間定位時(shí)，由于攝像機(jī)模型的和投影點(diǎn)的近似 誤差的存在，左右投影點(diǎn)與攝像機(jī)光心的射線方程不交于一點(diǎn)，給目標(biāo)點(diǎn)的三維求距帶來 了麻煩。因此，現(xiàn)有技術(shù)中排爆機(jī)器人對目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)的求取速度和定位精度都較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中排爆機(jī)器人對目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)的求取速度和定位精度較 低的技術(shù)問題，提出一種基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法。
[0004] 本發(fā)明提出的一種基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，其包括以下步 驟⑴至步驟（4):
[0005] (1)根據(jù)實(shí)際的圖像像素坐標(biāo)結(jié)合攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)及畸變參數(shù)求出理想投影點(diǎn)歸一 化坐標(biāo)；
[0006] (2)根據(jù)理想投影點(diǎn)的歸一化坐標(biāo)和攝像機(jī)外參數(shù)獲取左右投影點(diǎn)分別與攝像機(jī) 光心形成的兩射線的方程；
[0007] (3)計(jì)算所述兩射線的公垂線；
[0008] (4)計(jì)算公垂線的長度并將公垂線的中點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0009] 進(jìn)一步，所述步驟（1)包括步驟（11)和步驟（12):
[0010] (11)令?為理想投影點(diǎn)歸一化坐標(biāo)矢量：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)至步驟（4): (1) 根據(jù)實(shí)際的圖像像素坐標(biāo)結(jié)合攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)及畸變參數(shù)求出理想投影點(diǎn)歸一化坐 標(biāo)； (2) 根據(jù)理想投影點(diǎn)的歸一化坐標(biāo)和攝像機(jī)外參數(shù)獲取左右投影點(diǎn)分別與攝像機(jī)光心 形成的兩射線的方程； (3) 計(jì)算所述兩射線的公垂線； (4) 計(jì)算公垂線的長度并將公垂線的中點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，其特征在 于，所述步驟（1)包括步驟（11)和步驟（12): (11) 令i為理想投影點(diǎn)歸一化坐標(biāo)矢量：
其中：X。、Y。、Z。為攝像機(jī)光心的三維坐標(biāo)，X n、yn為理想投影點(diǎn)歸一化坐標(biāo)； 令r2= xn2+yn2,根據(jù)攝像機(jī)的非線性模型，考慮徑向畸變和切向畸變，實(shí)際投影點(diǎn)的歸 一化坐標(biāo)矢量.\可表示如下：
其中：r為光心坐標(biāo)在圖像平面投影到原點(diǎn)的距離，d代表畸變后的坐標(biāo)，^和y d為圖 像畸變后的二維坐標(biāo)；叾為切向畸變矢量，L，U，k# U為鏡頭畸變系數(shù)； 把式（2)和式（3)代入以下式（4)可得投影點(diǎn)的實(shí)際圖像像素坐標(biāo)（ud，vd)
其中：u和V為目標(biāo)點(diǎn)圖像像素坐標(biāo)，dx為一個像素在X方向上的物理尺寸，dy為一個 像素在y方向上的物理尺寸，（?%)為光心的像素坐標(biāo)；fx和fy為攝像機(jī)的焦距，α。為變 形因子，其與u，V像素軸的角度有關(guān)； (12) ?的求解過程： 根據(jù)式（1)至式（5)，根據(jù)標(biāo)定所得出的鏡頭畸變系數(shù)，利用迭代法，可以由（ud，vd)求 得?，具體步驟如下： 首先求得
其中：，;廣=(Af>)2 ?h)2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，其特征在 于，所述步驟（2)包括步驟（21)和步驟（22): (21) 令世界坐標(biāo)系與右攝像機(jī)坐標(biāo)系重合無旋轉(zhuǎn)，則兩攝像機(jī)的外參數(shù)分別為： [R Tpght= [I 0]，其中，I為單位矩陣，R為右攝像機(jī)坐標(biāo)系相對于左攝像坐標(biāo)系的旋 轉(zhuǎn)矩陣；T為右攝像機(jī)坐標(biāo)系相對于左攝像坐標(biāo)系的平移矩陣； [R T]left= [R T]，其中[R T]為右攝像機(jī)坐標(biāo)系相對于左攝像坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移矩 陣； (22) 設(shè)左、右攝像機(jī)的光心分別為OjP Oy場景中P點(diǎn)在左攝像機(jī)坐標(biāo)系中的像點(diǎn)為 P1，空間點(diǎn)為P1，空間點(diǎn)P1坐標(biāo)為（X u Y1, Z1)，在右攝像機(jī)坐標(biāo)系中的像點(diǎn)為&空間點(diǎn)為1\， 坐標(biāo)為H 4)，可根據(jù)Op Pl、(^、h四點(diǎn)的空間位置求所述兩射線戌耳和?^ , 令戈= W1IZ1 Y1IZ丨Xf g = If在世界坐標(biāo)系下，則各矢量在右攝 像機(jī)坐系中的定義如下：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，其特征在 于，所述步驟（3)計(jì)算所述兩射線的公垂線具體如下：
其中，i免為所述兩射線M與M的公垂線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，其特征在 于，所述步驟（4)具體計(jì)算步驟如下： 因?yàn)锧為射線M與M的公垂線，則可得：
其中：Θ代表兩向量的點(diǎn)乘； 由于r，t可通過標(biāo)定求得，(X1Ai Y1Ai ι)? (xyzr Yyzr以可根據(jù)式 (7)求得，因此在式（11)中Zp &為僅有的兩個未知量，式（11)有且存在唯一解，至此 Pr (Xr，Yr，ZJP1 (X1, Y1, Z1)完全確定，取公垂線的中點(diǎn)最為最終點(diǎn)P的坐標(biāo)：
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，其包括：(1)根據(jù)實(shí)際的圖像像素坐標(biāo)結(jié)合攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)及畸變參數(shù)求出理想投影點(diǎn)歸一化坐標(biāo)；(2)根據(jù)理想投影點(diǎn)的歸一化坐標(biāo)和攝像機(jī)外參數(shù)獲取左右投影點(diǎn)分別與攝像機(jī)光心形成的兩射線的方程；(3)計(jì)算所述兩射線的公垂線；(4)計(jì)算公垂線的長度并將公垂線的中點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。本發(fā)明提出的基于雙目立體視覺的排爆機(jī)器人空間定位方法，能夠提高排爆機(jī)器人對目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)的求取速度和定位精度，有效地解決了目前排爆機(jī)器人對目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)的求取速度和定位精度較低的技術(shù)問題。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104680528
【申請?zhí)枴緾N201510076626
【發(fā)明人】蔣梁中, 馬振書, 張勇, 馬東璽, 杜峰坡, 羅磊, 徐學(xué)錦
【申請人】廣州霞光技研有限公司, 中國人民解放軍63908部隊(duì)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月11日