双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法
【专利摘要】本发明双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法属于计算机视觉检测以及图像检测领域，特别涉及用于获取大型锻件尺寸参数的双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法。在双目视觉测量系统中，考虑图像采样引起的像点提取偏差，本发明建立由像点提取偏差导致的测量误差与摄像机焦距、基线距离、摄像机偏摆角三个结构参数的数学关系模型，即摄像机布局优化数学模型，并利用遗传算法获取最优的结构参数组合。本发明利用遗传算法实现了双目视觉测量系统中摄像机的布局优化设计，使由像点提取误差导致的测量误差达到最小，在未对摄像机进行标定的情况下，即可为摄像机的合理布局提供有效的理论指导与参考，具有优化效果好，应用性强的特点。
【专利说明】双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机视觉检测以及图像检测领域，特别涉及用于获取大型锻件尺寸参数的双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法。
【背景技术】
[0002]双目视觉测量作为一种实时性强、测量精度高的非接触测量方法，被广泛应用于工业检测、目标识别等诸多领域，尤其在实时测量大型锻件锻压过程中热态几何尺寸方面具有无法比拟的优势。许多学者围绕如何获取高精度的测量结果开展了大量的研究，然而这些研究工作主要集中于提高摄像系统的标定精度和特征点的匹配精度，往往忽略了测量系统的结构参数对测量精度的影响，而结构参数不仅确定了有效视场的大小，而且决定着有效视场内不同位置的测量精度。利用双目视觉测量系统进行测量时，待测目标必须在有效视场内。因此，分析结构参数对测量误差的影响时，不考虑有效视场约束下进行的研究均具有片面性。在实际测量过程中，一旦系统标定后，系统就必须保持相对固定，系统的结构参数都不能发生变化，所以开始标定之前，有必要对系统结构参数进行优化。通过合理布置摄像机的安装方位来提高双目视觉测量系统的测量精度。
[0003]现有摄像机布局优化方法大多通过逐一考察单个结构参数对测量精度的影响而得出一般的结论，未能将各结构参数综合考虑来获取最优的结构参数组合，或者利用一阶优化方法等进行摄像机优化布局，但容易陷入局部极小点。事实上，目前大部分优化方法均属于局部寻优范畴，其优化效果很大程度上依赖于初值的选取，而遗传算法是一种启发式随机搜索算法，具有高效的全局寻优能力。此外，很少有学者关注由采样产生的像点提取偏差对最终测量误差的影响。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，针对在锻造现场缺少有效的摄像机布局优化方法，且未将系统的各个结构参数综合考虑等问题，发明一种基于遗传算法的双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法。在双目视觉测量系统中，考虑图像采样引起的像点提取偏差，本发明建立了由像点提取偏差导致的测量误差与摄像机焦距、基线距离和摄像机偏摆角三个结构参数之间的数学关系模型。两台摄像机透视中心之间的距离，即为基线距离；两台摄像机光轴与Z轴的夹角，即为摄像机偏摆角。在考虑有效视场等约束下，将双目视觉测量系统的布局优化问题转换为带约束的单目标最优化问题，并运用遗传算法进行全局寻优，获得了一组最优的测量系统结构参数，使由像点提取偏差造成的测量误差达到最小。
[0005]本发明采取的技术方案是一种双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法，其特征在于，在双目视觉测量系统中，图像采样会引起像点提取偏差，建立由像点提取偏差导致的测量误差与摄像机焦距f、基线距离D、摄像机偏摆角P三个结构参数的数学关系模型，SP摄像机布局优化数学模型，并利用遗传算法获取最优的结构参数组合。具体步骤如下:[0006]步骤1:在双目视觉测量系统中，建立两台摄像机布局优化数学模型。
[0007]如图2所示，左侧摄像机CXDl和右侧摄像机(XD2以光轴汇聚形式布置，世界坐标系OXYZ的原点O与左侧摄像机的摄像机坐标系O1X1Y1Z1的原点O1重合。设某一物点P在世界坐标系OXYZ中的坐标为(Xw, Yw, Zw),在左侧摄像机的摄像机坐标系O1X1Y1Z1和右侧摄像机的摄像机坐标系OrXJrZr下的坐标分别为(X1, Y1, Z1)、(Xr, Yr, Zr)，在左、右侧摄像机(XD1、(XD2像面上像点的图像物理坐标分别为(Xl，yi)和(Χ?，ι)。
[0008]物点P在左、右侧摄像机的摄像机坐标系O1X1Y1ZpOrXJrZr下的坐标与像点的图像物理坐标存在以下关系:
【权利要求】
1.一种双目视觉测量系统中摄像机的布局优化方法，其特征在于，在双目视觉测量系统中，考虑图像采样引起的像点提取偏差，建立由像点提取偏差导致的测量误差与摄像机焦距、基线距离、摄像机偏摆角三个结构参数的数学关系模型，即摄像机布局优化数学模型，并利用遗传算法获取最优的结构参数组合；具体步骤如下: 步骤1:在双目视觉测量系统中，建立两台摄像机布局优化数学模型； 左侧摄像机C⑶I和右侧摄像机(XD2以光轴汇聚形式布置，世界坐标系OXYZ的原点O与左侧摄像机的摄像机坐标系O1X1Y1Z1的原点O1重合；设某一物点P在世界坐标系OXYZ中的坐标为(xw，Yw, Zw)，在左侧摄像机的摄像机坐标系O1X1Y1Z1和右侧摄像机的摄像机坐标系OrXrYrZr下的坐标分别为(X1, Y1, Z1)、(Xr, Yr, Zr)，在左、右侧摄像机(XD1、(XD2像面上像点的图像物理坐标分别为(Xl，yi)和； 物点P在左、右侧摄像机的摄像机坐标系O1X1Y1ZpOrXJrZr下的坐标与其像点的图像物理坐标存在以下关系:
【文档编号】G06N3/12GK103630072SQ201310508264
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】贾振元, 刘巍, 李明星, 杨景豪, 刘阳, 张驰 申请人:大连理工大学