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基于特征点位置校正的靶标位姿测量方法

闵永智 陶佳 任维卓

闵永智, 陶佳, 任维卓. 基于特征点位置校正的靶标位姿测量方法. 自动化学报, 2020, 46(3): 509−517 doi: 10.16383/j.aas.c190217
引用本文: 闵永智, 陶佳, 任维卓. 基于特征点位置校正的靶标位姿测量方法. 自动化学报, 2020, 46(3): 509−517 doi: 10.16383/j.aas.c190217
Min Yong-Zhi, Tao Jia, Ren Wei-Zhuo. The measurement method of target pose based on feature points position calibration. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(3): 509−517 doi: 10.16383/j.aas.c190217
Citation: Min Yong-Zhi, Tao Jia, Ren Wei-Zhuo. The measurement method of target pose based on feature points position calibration. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(3): 509−517 doi: 10.16383/j.aas.c190217

基于特征点位置校正的靶标位姿测量方法

doi: 10.16383/j.aas.c190217
基金项目: 国家自然科学基金(61663022), 甘肃省自然科学基金(18JR3RA105), 兰州交通大学“百名青年优秀人才培养计划”基金资助
详细信息
    作者简介:

    闵永智:兰州交通大学自动化与电气工程学院教授. 2014年获兰州交通大学电子与信息工程学院博士学位. 主要研究方向为图像处理,机器视觉与人工智能测试. 本文通信作者. E-mail: minyongzhi@mail.lzjtu.cn

    陶佳:兰州交通大学自动化与电气工程学院硕士研究生. 2017年获兰州理工大学电气工程与信息工程学院学士学位. 主要研究方向为机器视觉与计算机图像处理. E-mail: 18394036553@163.com

    任维卓:兰州交通大学自动化与电气工程学院硕士研究生. 2017年获武汉纺织大学机械工程与自动化学院学士学位. 主要研究方向为机器视觉与计算机图像处理. E-mail: renwzyjs@163.com

The Measurement Method of Target Pose Based on Feature Points Position Calibration

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (61663022), Natural Science Foundation of Gansu Province (18JR3RA105), and Foundation of one Hundred Youth Talents Training Program of Lanzhou Jiaotong University
  • 摘要: 针对图像式路基沉降监测系统中由于振动等因素导致靶标与相机发生偏转产生测量误差的问题, 本文在设计监测系统靶面位姿测量系统的基础上提出了基于4特征点位置校正的位姿测量方法. 首先介绍了图像式路基沉降监测方法的工作原理; 然后根据实际情况设计了区别于传统特征点的4特征点靶面的位姿测量系统, 并利用特殊特征点对靶面特征点进行位置校正; 最后根据设计的4特征点靶面测量系统提出已知矩形4特征点边长的位姿求解方法. 实验结果表明: 本文方法比迭代法位姿解算后角度误差值更小, 其位姿解算相对误差减小1.2 %. 当偏转角度小于2° 时, 本文方法位姿求解旋转角度误差小于0.09°, 相对角度误差为1.003 %. 其时间和测量精度都能够达到监测系统要求, 可以应用于监测系统中需要对相机和靶标进行实时标定的场景.
  • 图  1  路基表面沉降监测系统

    Fig.  1  Subgrade surface settlement monitoring system

    图  2  相邻传递检测站构成的闭合回路

    Fig.  2  Closed loop composed of detection stations

    图  3  位姿测量系统结构图

    Fig.  3  Pose measurement system structure

    图  4  矩形特征点校正示意图

    Fig.  4  Feature point calibration

    图  5  特征点位置校正流程图

    Fig.  5  Feature point position calibration

    图  6  矩形特征点位姿解算示意图

    Fig.  6  Schematic diagram of rectangular feature point pose

    图  7  旋转角度与位置偏差图

    Fig.  7  Rotation angle and position deviation

    图  8  位姿测量系统实验图

    Fig.  8  Pose measurement system experiment

    图  9  特征点提取与质心定位图

    Fig.  9  Feature point extraction and centroid localization

    图  10  转角度与解算角度关系图

    Fig.  10  Rotation angle and solution angle

    表  1  摄像机内参数标定结果

    Table  1  Inner parameter calibration of the camera calibration

    ${f_x}$(像素)${f_y}$(像素)${u_0}$(像素)${v_0}$(像素)${k_1}$${k_2}$
    1 343.481 340.68510.63408.360.299602−0.11056
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-21
  • 录用日期:  2019-08-22
  • 网络出版日期:  2020-03-30
  • 刊出日期:  2020-03-30

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