(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210563873.8 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 西安航天动力试验技 术研究所 地址 710100 陕西省西安市航天基地 航天 西路289号 (72)发明人 高林　 (74)专利代理 机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 6121 1 专利代理师 王少文 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 7/207(2017.01) (54)发明名称 一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量 系统及方法 (57)摘要 本发明提供一种RGBD单目相机的高精度位 移实时测量系统及方法， 解决现有技术无法通过 单目视觉直接实现位移测量过程中自标定的问 题。 本发明公开的测量系统包括目标识别模块、 RGBD相机测量模块及位移实时计算模块； 具体方 测量法为： 通过目标识别模块采用角点检测算法 得到左、 右侧识别物中心点的像素坐标； 采用 RGBD相机测量模块测量得到左侧识别物中心点 的世界坐标值； 采用位移实时计算模块根据左侧 识别物中心点的像素坐标和世界坐标值算出相 机矩阵， 进而完成相机自标定， 再结合右侧识别 物中心点的像素坐标和计算出的相机矩 阵计算 出右侧识别物中心点的世界坐标值， 从而实现位 移的高精度实时测量。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 115082555 A 2022.09.20 CN 115082555 A 1.一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量系统， 其特征在于： 包括目标识别模块 (2)， RGBD相机测量模块(3)及位移实时计算模块(4)； 所述目标识别模块(2)用于识别得到识别物中心点的像素坐标； 所述RGBD相机测量模块(3)用于测量识别物中心点的像素坐标得到识别物中心点的世 界坐标值； 所述位移实时计算模块(4)用于通过识别物中心点的像素坐标、 世界坐标值以及相机 的已知内参矩阵， 得到实时的相机矩阵M， 进 而实现识别物的高精度位移实时测量。 2.一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 标记左侧识别物和右侧识别物； S2， 采用目标识别模块(2)识别到左侧识别物的中心点的像素坐标(u1,v1)； 定义世界坐标系为Ow‑XwYwZw， 其中OwZw为主光轴方向； 定义图像坐标系为 o'‑uv,其中， u表示X 方向， v表示Y方向； S3， 采用RGBD相机测量模块(3)对S2识别的像素坐标(u1,v1)进行测量， 得到左侧识别物 中心点的世界坐标值Pw1， 所述Pw1＝(Xw1， Yw1， Zw1)； S4， 基于S2识别的像素坐标(u1,v1)和S3测量得到的世界坐标值Pw1， 通过位移实时计算 模块(4)计算得到RGBD相机的相机矩阵M， 进 而完成相机的自标定； S5， 采用S2的方法识别右侧识别物中心点的像素坐标(u2,v2),并利用S4得到的相 机矩 阵M的值， 得到右侧识别物中心点的世界坐标值Pw2， 所述Pw2＝(Xw2， Yw2， Zw2)； S6， 定义0时刻左侧识别物和右侧识别物的世界坐标值分别为Pw1和Pw2； 定义t时刻左侧识别物和右侧识别物的世界坐标值分别为Pw1'和Pw2'， 其中， Pw1'＝ (Xw1'， Yw1'， Zw1')， Pw2'＝(Xw2'， Yw2'， Zw2')； 则0时刻到t时刻内左侧识别物和右侧识别物在X轴上的实时位移量为： WYx ＝|Xw1'‑Xw1| +|Xw2'‑Xw2|， 0时刻到t时刻内左侧识别物和右侧识别物在Y轴上的实时位移量为： WYy＝| Yw1'‑Yw1|+|Yw2'‑Yw2|， 至此， 完成左侧识别物和右侧识别物的高精度位移实时测量。 3.根据权利要求2所述的一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量方法， 其特 征在于： S4中， 所述相机矩阵M根据相机位置的移动进行实时计算， 计算公式为： 其中， K为相机的内参矩阵， λ为系数常量， R为相机外参旋转矩阵， t为相机外参平移矩 阵。 4.根据权利要求3所述的一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量方法， 其特征在于： S2中， 所述目标识别模块(2)采用角点检测算法进行识别。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115082555 A 2一种RGBD单 目相机的高精度位移实时测量系统及方 法 技术领域 [0001]本发明属于三维空间物体位移非接触测量领域， 具体涉及一种RGBD单目相机的高 精度位移实时测量系统及方法。 背景技术 [0002]随着深度学习理论的不断完善和计算机视觉技术的快速发展， 出现了很多新的非 接触测量物体位移的方法， 如基于单目视觉测量方法、 基于双目立体视觉测方法、 基于RGBD 相机视觉测量方法等。 近几年来， 尤其以基于RGBD相机进行位移与其他物理量的非接触测 量进展最为迅速， 这得益于深度学习算法和视 觉芯片的快速发展。 [0003]航空和航天领域对三维位移场的非接触测量与分析一直备受关注， 如何利用已有 的硬件和视觉芯片实现三维位移场高精度测量是一个具有挑战的研究课题。 当前， 与RGBD 单目相机结合测量物体位移的算法还较少， 不同的测量算法得到的测量结果精度差异较 大。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量系统及方法， 主 要解决现有技 术无法对三维位移场高精度和快速自标定测量的难题。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供如下解决方案： [0006]一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量系统， 其特殊之处在于： 包括目标识别 模块， RGBD相机测量模块及位移实时计算模块； [0007]所述目标识别模块用于识别得到识别物中心点的像素坐标； 所述RGBD相机测量模 块用于测量识别物中心 点的像素坐标得到识别物中心点的世界坐标值； 所述位移实时计算 模块用于通过识别物中心点的像素坐标、 世界坐标值以及相 机的已知内参矩阵， 得到实时 的相机矩阵M， 进 而实现识别物的高精度位移实时测量。 [0008]此外， 本发明还提供了一种RGBD单目相机的高精度位移实时测量方法， 具体包括 以下步骤： [0009]S1， 标记左侧识别物和右侧识别物； [0010]S2， 采用目标识别模块识别到左侧识别物的中心点的像素坐标(u1,v1)； [0011]定义世界坐标系为Ow‑XwYwZw， 其中OwZw为主光轴方向； [0012]定义图像坐标系为 o'‑uv,其中， u表示X 方向， v表示Y方向； [0013]S3， 采用RGBD相机测量模块对S2识别的像素坐标(u1,v1)进行测量， 得到左侧识别 物中心点的世界坐标值Pw1， 所述Pw1＝(Xw1， Yw1， Zw1)； [0014]S4， 基于S2识别的像素坐标(u1,v1)和S3测量得到的世界坐标值Pw1， 通过位移实时 计算模块计算得到RGBD相机的相机矩阵M， 进 而完成相机的自标定； [0015]S5， 采用S2的方法识别右侧识别物中心点的像素坐标(u2,v2),并利用S4得到的相 机矩阵M的值， 得到右侧识别物中心点的世界坐标值Pw2， 所述Pw2＝(Xw2， Yw2， Zw2)；说　明　书 1/5 页 3 CN 115082555 A 3