基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法，其包括構(gòu)建世界坐標(biāo)系{W}和確定初始采集圖像時(shí)的初始外參矩陣、遞推外參矩陣及光學(xué)中心的圖像坐標(biāo)、映射圖像區(qū)域*的遞推計(jì)算公式：以此為依據(jù)對依次采樣的序列圖像進(jìn)行無畸變焦平面映射變化。本發(fā)明的圖像拼接方法構(gòu)思簡單、合理，不僅圖像拼接簡單、累積誤差小且精度高，而且能實(shí)現(xiàn)投影圖像的等精度拼接。
【專利說明】基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及完整成像【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼 接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前視覺檢測技術(shù)在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，基于機(jī)器視覺的測量手 段和方法也得到了快速的發(fā)展，但對幾何尺寸的視覺測量研究主要集中在對微小結(jié)構(gòu)或尺 寸較小零件，其主要原因在于目前CCD器件像素級相對測量精度僅在ΚΓ 3數(shù)量級，而視覺系 統(tǒng)一次成像的成像區(qū)域與檢測分辨率之間成反比關(guān)系。對微小物體進(jìn)行圖像測量時(shí)，由于 視場較小，可相應(yīng)提高圖像測量的分辨力來提高測量精度；而對于較大或細(xì)長類零件幾何 尺寸的綜合檢測，一次成像獲得的完整圖像中由于分辨率不高從而導(dǎo)致檢測精度滿足不了 實(shí)際應(yīng)用要求。
[0003] 依照化整為零、再集零為整的完整成像基本思想可以解決較大尺寸零件視覺測量 中視場與圖像分辨率之間的矛盾，文獻(xiàn)1【何博俠，張志勝，徐孫浩等.大尺寸機(jī)械零件的 機(jī)器視覺高精度測量方法。中國機(jī)械工程，2009 20 (1)】針對具有條形紋理表面的機(jī)械零 件提出了基于紋理特征的序列圖像校準(zhǔn)方法，但對具有光滑表面或者表面紋理無規(guī)則的檢 測對象無能為力，其應(yīng)用領(lǐng)域極其有限。
[0004] 文獻(xiàn)2【劉凌云，羅敏等.基于圖像拼接的尺寸精密檢測算法研究，制造技術(shù)與 機(jī)床，2012, 11】中將圖像拼接技術(shù)應(yīng)用到視覺測量中，采用已標(biāo)定攝像機(jī)方式建立圖像投 影模型，提出了基于位姿變換的圖像拼接算法實(shí)現(xiàn)圖像之間的精確配準(zhǔn)，并通過變位機(jī)驅(qū) 動(dòng)攝像機(jī)精確變換位姿獲取圖像序列，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該算法具有較高的拼接精度；但這種通過 變位機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)位姿變換的方法存在以下缺陷：1.由于相鄰兩次采像時(shí)刻攝像機(jī) 位置和姿態(tài)均會(huì)改變，圖像拼接運(yùn)算復(fù)雜化；2.對于平面圖像拼接，攝像機(jī)采集圖像的景 深隨著變位機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的變化而改變，因而等精度拼接的視場較小；上述問題使得該方法 的推廣應(yīng)用存在一定的局限性。
[0005] 在圖像拼接階段，文獻(xiàn)2提出了基于移位采像時(shí)攝像機(jī)相對位姿描述的序列圖像 配準(zhǔn)算法，其算法流程如下所示： 1)設(shè)前后兩次采像時(shí)攝像機(jī)坐標(biāo)系位姿變換矩陣為#(其中i=l，2, 3......; j=i+l)，則世界坐標(biāo)系{W}相對于攝像機(jī)坐標(biāo)系{Cj}的變換矩陣$!(即第j次投影變換的 外參矩陣）可遞推計(jì)算得到：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法，包括構(gòu)建世界坐標(biāo)系{W}和確定初 始采集圖像時(shí)的初始外參矩陣
p; 所述世界坐標(biāo)系{W}的構(gòu)建：是先在檢測平臺上鉆直徑為Φ?的兩個(gè)小孔并將兩個(gè)小 孔的圓心分別標(biāo)記為A、Β，然后以Α點(diǎn)為圓心，ΑΒ方向?yàn)閄軸，測量平面為ΧΟΥ平面，定義 為世界坐標(biāo)系{W}; 所述外參矩陣
的確定：是借助于平面靶標(biāo)坐標(biāo)系{WJ為橋梁，利用已標(biāo)定內(nèi)參的 攝像機(jī)對A、B小孔和平面標(biāo)靶一次成像獲得平面靶標(biāo)坐標(biāo)系{WJ相對于攝像機(jī)初始位姿 時(shí)的坐標(biāo)系{CJ的位姿描述矩陣
以及所述世界坐標(biāo)系{W}與平面標(biāo)靶坐標(biāo)系{WJ對應(yīng) X軸之間的夾角
，進(jìn)而確定所述世界坐標(biāo)系{W}相對于所述攝像機(jī)初始位姿時(shí)的坐標(biāo)系 IA}的初始外參矩陣
。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法，其特征在于，所述 初始外參矩陣
具體是通過以下步驟確定的： 1) 將平面靶標(biāo)平放到小孔A、B附近，使平面靶標(biāo)及A/B孔在攝像機(jī)視野內(nèi)清晰成像， 通過圖像處理獲得A、B兩孔圓心的像點(diǎn)坐標(biāo)
及靶標(biāo)特征點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)； 2) 由祀標(biāo)上特征點(diǎn)與其像點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系、已標(biāo)定的攝像機(jī)內(nèi)參獲得所述平面祀標(biāo)坐標(biāo)系 {WJ相對于攝像機(jī)坐標(biāo)系{C}位姿描述的位姿描述矩陣
，則測量平面上坐標(biāo)系{W2}相 對于所述攝像機(jī)坐標(biāo)系{C}的齊次變換矩陣
1滿足關(guān)系式：
(1); 所述齊次變換矩陣
關(guān)系式中的h為平面靶標(biāo)的板厚； 3) 由所述齊次變換矩陣
'及A、B兩孔圓心的像點(diǎn)坐標(biāo)
再次利用小孔 成像模型得到A、B兩孔在所述坐標(biāo)系{W2}中坐標(biāo)分別戈
并由 所述線段與坐標(biāo)系{W2}X軸之間的夾角β，獲得所述世界坐標(biāo)系{W}相對于所述坐標(biāo)系 {W2}的位姿描述#滿足關(guān)系式：
(2)； 4) 由上述公式（1)、（2)得出初始位姿時(shí)攝像機(jī)成像模型外參矩陣
滿足如下關(guān)系式：
3. 如權(quán)利要求2所述的基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法，其特征在于：所述 線段AB與坐標(biāo)系{W2}X軸之間的夾角
h滿足關(guān)系式：
4. 如權(quán)利要求1至3任一所述的基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法，其特征在 于，所述圖像拼接方法還包括確定所述世界坐標(biāo)系{W}相對于第j次采像時(shí)所述攝像機(jī)坐 標(biāo)系{Cj的遞推外參矩陣
； 所述遞推外參矩陣
|的確定是建立在對攝像機(jī)采像路徑的特定規(guī)劃上，即設(shè)任意第 i、j相鄰兩次移位采像i=l，2, 3......，j=i+l，攝像機(jī)僅作相對于世界坐標(biāo)系{W}的X軸 或Y軸單軸向平移，移動(dòng)量>
，則所述遞推外參矩陣
滿足關(guān)系式：
(3)。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于坐標(biāo)變換的完整成像的圖像拼接方法，其特征在于，所述 第j次投影圖像的行式胃-/列像素分別滿足關(guān)系式 ：
(4)； 所述光學(xué)中心限定為投影圖像的中心位置，其圖像坐標(biāo)
滿足關(guān)系式：
(5)。
【文檔編號】G06T3/40GK104050650SQ201410275226
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】劉凌云, 羅敏, 吳岳敏 申請人:湖北汽車工業(yè)學(xué)院