基于单目视觉的空间目标位置测量
２０１１年第３０卷第３期
传感器与微系统（ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
１２５
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３计算与测试９＊＼ｐ毋＃ｐ《＾＼｝
基于单目视觉的空间目标位置测量枣
敬泽，薛方正，李祖枢
（重庆大学智能自动化研究所。重庆４０００４４）
摘要：针对工业生产过程中工件等空间目标定位的问题，给出了一种采用直线与平面相交的定位方法。首先利用单目视觉获得目标的图像，然后利用成像的基本原理，以及直线与目标所在平面的交点来确定目标特征点的空间坐标，进而得到目标的位置信息。该方法原理简单，并通过实验表明：其定位精确性较高，还能很好地满足工业过程中的生产要求。
关键词：单目视觉；空间目标；位置测量；摄像机标定中图分类号：ＴＰ
２１２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－－９７８７（２０１１）０３－０１２５－０３
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０引言
础上，利用单目视觉采集图像，通过图像处理技术，结合直视觉测量技术是建立在机器视觉研究基础上的一门新线与平面相交法来对工业生产过程中的作业平台上的目标兴技术，是根据摄像机获得的视觉信息对目标的位置和姿进行定位，达到了较高的精确性，满足了工业生产要求。态进行的测量…，主要研究从二维图像或三维笛卡尔空间１单目摄像机标定
信息的映射和视觉测量系统的构成等［２】。视觉测量具有摄像机标定是三维机器视觉的必要步骤【８】，用以从摄结构简单、便于移动、数据采集迅速等优点。视觉测量按所像机获取的图像信息中得到三维物体的位置、形状等几何用视觉传感器数量可以分为单目视觉测量、双目视觉（立信息。在许多情况下，机器视觉的整体性能主要依靠摄像体视觉）测量和三（多）目视觉测量等。其中，双目视觉测头标定的精度。
量和近景摄影测量的理论基础和主要研究内容是一样的。摄像机标定就是获得摄像机内部几何和光学特性即内单目视觉测量是指仅利用一台相机或摄像机拍摄单张像片部参数，以及摄像机在大地坐标系中的位置和方向，即外部来进行测量工作。因其仅需一台视觉传感器，所以，该方法参数。建立适当的数学模型，得到二维计算机图像坐标与的优点是操作方便、结构简单、相机标定也简单，同时还避三维大地坐标之间的关系，然后计算摄像机内外部参数的免了立体视觉中的视场小、立体匹配难的不足旧ｏ，因而，近精确值。
年来这方面的研究比较活跃，主要集中在对运动物体的检１．１摄像机模型
测与跟踪‘‘・５１、三维重建‘６・７１等。
利用摄像机针孔模型来描述三维空间的点到计算机图但是，目前针对工业领域内空间目标位置测量的单目像帧缓冲区像素点的转换关系。摄像机针孔模型是基于共视觉测量技术的研究还比较少，本文在结合科研项目的基
线原理的，空间中物体的每一个点通过投影中心以直线的
收稿日期：２０１０－０８－０２
・基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０５７４０７６；６０９０５０５３）
万方数据
１２６
传感器与微系统第３０卷
方式投射到图像平面。针孔型摄像机模型如图ｌ。
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万方数据
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１）读取一组（多余ｌＯ张）图像数据；２）用ＣＶ
ＦｉｎｄＣｈｅｓｓｂｏａｒｄ
Ｃｏｍｅｒｓ（）筛选图像；将读入的
一组图像数据分别代入ＣＶ
ＦｉｎｄＣｈｅｓｓｂｏａｒｄ
Ｃｏｍｅｒｓ（）函数，
如果返回值是ｌ，则表示在该幅图像上提取的角点数目和设定的相同，提取角点成功；若为０，则表示角点提取失败，该幅图要舍弃；
３）将用ＣＶ
Ｆｉｎｄ
ＣｈｅｓｓｂｏａｒｄＣｏｍｅｒｓ（）得到的图像像素
坐标系中坐标值代入ＦｉｎｄＣｏｍｅｒＳｕｂＰｉｘ（）函数，进一步精确得到角点亚像素级的坐标值；
４）将角点在大地坐标系的坐标值和在图像坐标系中
的坐标值代入ｃｖ
ＣａｌｉｂｒａｔｅＣａｍｅｒａ
２（）函数，最后得到摄像
机的内外部参数值。２空间目标位置测量
已知空间平面ａ，空间直线￡，当直线与平面的位置的关系是相交但并非重合时，则该直线与平面只存在一个交点，即图３所示的Ｐ点。
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叭槲哥
㈣
其中，ｌ＝
ｊＦ托）＋曰（，，ｌ－－Ｙ２）＋ｃ（毛一匆）。
Ａｘｌ＋ｊ耵ｌ＋Ｃ２ｌ＋Ｄ
现在，将这种关系引入对空间目标的位置测量中，根据图１，空间中的任意一点都是通过投影中心在成像平面上
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万方数据
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（目５所示）．翠集ｌＯ＊目像．＊ｍ行目像处理，获得Ｕ标质心的坐标＋自于目标赴ｆ＃验｝自ｔ，其厚度也基本Ⅲ“忽略．Ｍｍ，此时质ｏ＆大地坐标系中的ｏ±标是假定为０舯．实骑结粜Ⅲ＆ｌ。
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第３期
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采样点数
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（上接第１２７页）
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ＬｉｖｅｒａｎｉＡ，ＬｅａｌｉＦ。ＰｅｌｌｉｃｃｉａｒｉＭ．Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ３Ｄｆｅａｔｕｒｅｓ盹ｃｏｌ卜
作者简介：
敬泽（１９８５一）．男，四川梓潼人，硕士。从事机器视觉测量、图像处理与识别技术的研究工作。
ｓｕｕｃｔｉａｎ
ｔｈ删曲ｍｏｎｏｃｕｌａｒ
ｖｉｓｉｏｎ［Ｊ］．ＩＪｌ蛔枷删ｌａｌ
Ｊｏｕｒｎａｌｏｎ
ＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２０１０。４：１０３－－１１２．
万方数据
基于单目视觉的空间目标位置测量
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
敬泽， 薛方正， 李祖枢， JING Ze， XUE Fang-zheng， LI Zu-shu重庆大学,智能自动化研究所,重庆,400044传感器与微系统
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