一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法
技术领域
1.本发明属于计算机视觉领域，主要是涉及一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法。
背景技术：2.定位技术在日常生活中随处可见，尤其是卫星定位技术已经成为一种普遍采用的导航定位技术，并在精度、实时性、全天候等方面取得了较大提高。然而卫星定位技术也具备一定的缺点，受天气和位置的影响较大。同时，卫星定位需要在目标物上配备定位终端才能够接收卫星信号，进而达到定位的目的，如果作为监管技术使用，易受被监管者破坏，达不到监管效果。双目定位技术由于其结构简单，近年来在各个领域的应用都较多，它主要由视觉图像采集、相机标定、图像预处理、三维信息恢复等部分组成。现有的双目定位技术，一般用在机器人等室内小场景中，通常只计算出目标物的相对位置信息即可，但通过双目设备对非合作目标进行绝对位置信息计算的研究和应用较少。例如，在某些地质资源监管的场景中，往往需要计算出目标在地球上的唯一位置坐标，此时使用目标的相对位置难以达到监管的需求。因此，本发明提出一种结合rtk设备的双目视觉空间绝对定位方法，其可对非合作目标实现非接触式的绝对位置信息计算。
技术实现要素：3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，可对非合作目标实现非接触式的绝对位置信息计算方法。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，包括以下步骤：
6.步骤1)首先使用标定板对双目相机系统进行标定，计算得到双目相机的内参数、外参数以及畸变系数。
7.步骤2)在步骤1)的基础上，通过采集的双目图像结合rtk定位设备采集的标志点位置信息，建立三维坐标转换模型。
8.步骤3)在步骤1)和步骤2)的基础上，通过目标检测算法获取目标所在区域，对目标区域进行绝对位置信息计算。
9.进一步，所述步骤1)具体为包括以下步骤：
10.步骤11)首先使用双目摄像机，获取若干组同一时刻下左右同时包含小型棋盘格的图像，测量出棋盘格中每个格子的物理长度。
11.步骤12)使用张正友标定法处理步骤11)中采集的双目图像，计算得到双目相机的内参数、外参数以及畸变系数。
12.进一步，所述步骤2)具体为包括以下步骤：
13.步骤21)使用步骤12)中得到的相机内参数和外参数对双目定位系统进行初始化，建立以左相机光心为原点的双目相机坐标系。
14.步骤22)使用双目相机拍摄6组同一时刻下左右同时包含大型棋盘格的图像，6组图像拍摄时，大型棋盘格的位置要在测量工作范围内尽可能分散开，每拍摄一组的同时，使用rtk设备测量和记录该大型棋盘格中左上角交点(标志点)的cgcs2000大地坐标。
15.步骤23)在步骤22)的基础上，使用基于svd分解的方法，解算出相机坐标系与cgcs2000大地坐标系之间的旋转矩阵r和平移矩阵t。
16.进一步，所述步骤3)具体为包括以下步骤：
17.步骤31)完成步骤1)和步骤2)后，可以进行对非合作目标的非接触式绝对位置信息的计算，首先使用双目相机采集一组包含目标的左右图像。
18.步骤32)使用yolo目标检测算法，对双目相机采集到的左图进行目标检测，得到若干个目标框。
19.步骤33)使用orb特征点匹配算法，对步骤32)中得到的每个目标框内的点进行匹配，得到若干匹配结果，使用聚类算法，选出某个匹配结果代表该目标物。
20.步骤34)利用图像坐标系与双目视觉坐标系的投影关系、双目视觉坐标系与cgcs2000大地坐标系的投影，将步骤33)得到的若干个目标的图像坐标转换为cgcs2000大地坐标。
21.进一步，所述步骤23)具体为包括以下步骤：
22.步骤231)双目视觉坐标系与cgcs2000大地坐标系都以长度为单位，不同的是，双目相机坐标系以毫米为单位，cgcs2000大地坐标系以米为单位，所以，在计算转换模型时，本发明中将双目相机坐标系的单位转换为米，以同cgcs2000大地坐标系保持相同尺度。
23.步骤232)计算6组包含大型棋盘格的双目图像中左上角交点(标志点)的相机坐标，按序组成a矩阵。将6组rtk采集的cgcs2000大地坐标按同样的顺序组成b矩阵。使用svd分解的方法求解出下列方程中的旋转矩阵r和平移矩阵t：
24.b＝r*a+t
25.本发明的有益效果在于：本发明提供的方法不仅可以计算单个目标的，而且可以计算多个目标的绝对位置信息。它不仅仅可以得到目标的相机坐标，还可以通过坐标转换模块，最终计算出目标物在cgcs2000大地坐标系中的三维坐标，即目标物在地球上的唯一位置。通过这样的方式，本发明具有更好的定位效果，可以计算出目标物在地球上的唯一坐标，使得它在现实世界应用中更具有现实意义。
附图说明
26.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
27.图1为本发明一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法的流程图
具体实施方式
28.下面将结合附图，对本发明的优选实例进行详细的描述。
29.本发明提供的一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，其流程如图1所示，该方法包括以下步骤：
30.步骤1)首先使用标定板对双目相机系统进行标定，计算得到双目相机的内参数、
外参数以及畸变系数。
31.步骤2)在步骤1)的基础上，通过采集的双目图像结合rtk定位设备采集的标志点位置信息，建立三维坐标转换模型。
32.步骤3)在步骤1)和步骤2)的基础上，通过目标检测算法获取目标所在区域，对目标区域进行绝对位置信息计算。
33.进一步，所述步骤1)具体为包括以下步骤：
34.步骤11)首先使用双目摄像机，获取若干组同一时刻下左右同时包含小型棋盘格的图像，测量出棋盘格中每个格子的物理长度。
35.步骤12)使用张正友标定法处理步骤11)中采集的双目图像，计算得到双目相机的内参数、外参数以及畸变系数。
36.进一步，所述步骤2)具体为包括以下步骤：
37.步骤21)使用步骤12)中得到的相机内参数和外参数对双目定位系统进行初始化，建立以左相机光心为原点的双目相机坐标系。
38.步骤22)使用双目相机拍摄6组同一时刻下左右同时包含大型棋盘格的图像，6组图像拍摄时，大型棋盘格的位置要在测量工作范围内尽可能分散开，每拍摄一组的同时，使用rtk设备测量和记录该大型棋盘格中左上角交点(标志点)的cgcs2000大地坐标。
39.步骤23)在步骤22)的基础上，使用基于svd分解的方法，解算出相机坐标系与cgcs2000大地坐标系之间的旋转矩阵r和平移矩阵t。
40.进一步，所述步骤23)具体为包括以下步骤：
41.步骤231)双目视觉坐标系与cgcs2000大地坐标系都以长度为单位，不同的是，双目相机坐标系以毫米为单位，cgcs2000大地坐标系以米为单位，所以，在计算转换模型时，本发明中将双目相机坐标系的单位转换为米，以同cgcs2000大地坐标系保持相同尺度。
42.步骤232)计算6组包含大型棋盘格的双目图像中左上角交点(标志点)的相机坐标，按序组成a矩阵。将6组rtk采集的cgcs2000大地坐标按同样的顺序组成b矩阵。使用svd分解的方法求解出下列方程中的旋转矩阵r和平移矩阵t：
43.b＝r*a+t
44.进一步，所述步骤232)具体为包括以下步骤：
45.步骤2321)根据已经得到的相机内参矩阵、外参矩阵以及畸变系数，对得到的包含标志点的左右图像进行畸变校正和立体校正，得到可用于计算的双目图像。
46.步骤2322)采用opencv中的棋盘格检测算法，可以得到这6个标志点的像素坐标。再根据双目视觉的基础理论，可以得到这6个标志点的相机坐标。
47.步骤2323)将步骤2322)中得到的6个标志点按序组成a矩阵，将rtk采集的6个标志点的cgcs2000大地坐标按同样的顺序组成b矩阵。使用svd分解的方法求解出下列方程中的旋转矩阵r和平移矩阵t：
48.b＝r*a+t
49.进一步，所述步骤3)具体为包括以下步骤：
50.步骤31)完成步骤1)和步骤2)后，可以进行对非合作目标的非接触式绝对位置信息的计算，首先使用双目相机采集一组包含目标的左右图像。
51.步骤32)根据已经得到的相机内参矩阵、外参矩阵以及畸变系数，对得到的左右图
像进行畸变校正和立体校正，得到可用于计算的双目图像。
52.步骤33)使用yolo目标检测算法，对步骤32)得到的左图进行目标检测，得到若干个目标框。
53.步骤34)使用orb特征点匹配算法，对步骤33)中得到的每个目标框内的点进行匹配，得到若干匹配结果。
54.步骤35)对于每个目标物而言，使用聚类算法，在步骤34)中得到若干匹配中选出某个匹配结果代表该目标物。
55.步骤36)将步骤35)得到的若干个目标的代表点对，使用图1中的像素坐标转相机坐标模块，得到每个目标物的三维相机坐标。
56.步骤37)将步骤36)得到的若干个目标的三维相机坐标，使用图1中的相机坐标转大地坐标模块，得到每个目标物的三维cgcs2000大地坐标。
57.最后需要说明的是，以上优选实施实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，虽然通过上述实例已对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当明白，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不会偏离本发明权利要求书所限定的范围。
技术特征：1.一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：s1)首先使用标定板对双目相机系统进行标定，计算得到双目相机的内参数、外参数以及畸变系数。s2)在s1)的基础上，通过采集的双目图像结合rtk定位设备采集的标志点位置信息，建立三维坐标转换模型。s3)在s1)和s2)的基础上，通过目标检测算法获取目标所在区域，对目标区域进行绝对位置信息计算。2.根据权利要求1所述的一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，其特征在于：所述s1中，具体过程如下：s11)首先使用双目摄像机，获取若干组同一时刻下左右同时包含小型棋盘格的图像，测量出棋盘格中每个格子的物理长度。s12)使用张正友标定法处理s11)中采集的双目图像，计算得到双目相机的内参数、外参数以及畸变系数。3.根据权利要求1所述的一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，其特征在于：所述s2中，具体过程如下：s21)使用s12)中得到的相机内参数和外参数对双目定位系统进行初始化，建立以左相机光心为原点的双目相机坐标系。s22)使用双目相机拍摄6组同一时刻下左右同时包含大型棋盘格的图像，6组图像拍摄时，大型棋盘格的位置要在测量工作范围内尽可能分散开，每拍摄一组的同时，使用rtk设备测量和记录该大型棋盘格中左上角交点(标志点)的cgcs2000大地坐标。s23)在s22)的基础上，使用基于svd分解的方法，解算出相机坐标系与cgcs2000大地坐标系之间的旋转矩阵r和平移矩阵t。4.根据权利要求3所述的一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，其特征在于：所述s23中，具体过程如下：s231)双目视觉坐标系与cgcs2000大地坐标系都以长度为单位，不同的是，双目相机坐标系以毫米为单位，cgcs2000大地坐标系以米为单位，所以，在计算转换模型时，本发明中将双目相机坐标系的单位转换为米，以同cgcs2000大地坐标系保持相同尺度。s232)计算6组包含大型棋盘格的双目图像中左上角交点(标志点)的相机坐标，按序组成a矩阵。将6组rtk采集的cgcs2000大地坐标按同样的顺序组成b矩阵。使用svd分解的方法求解出下列方程中的旋转矩阵r和平移矩阵t：b＝r*a+t5.根据权利要求4所述的一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，其特征在于：所述s232中，具体过程如下：s2321)根据已经得到的相机内参矩阵、外参矩阵以及畸变系数，对得到的包含标志点的左右图像进行畸变校正和立体校正，得到可用于计算的双目图像。s2322)采用opencv中的棋盘格检测算法，可以得到这6个标志点的像素坐标。再根据双目视觉的基础理论，可以得到这6个标志点的相机坐标。s2323)将s2322)中得到的6个标志点按序组成a矩阵，将rtk采集的6个标志点的cgcs2000大地坐标按同样的顺序组成b矩阵。使用svd分解的方法求解出下列方程中的旋转
矩阵r和平移矩阵t：b＝r*a+t6.根据权利要求1所述的一种结合rtk的双目视觉空间绝对定位方法，其特征在于：所述s3中，具体过程如下：s31)完成s1)和s2)后，可以进行对非合作目标的非接触式绝对位置信息的计算，首先使用双目相机采集一组包含目标的左右图像。s32)根据已经得到的相机内参矩阵、外参矩阵以及畸变系数，对得到的左右图像进行畸变校正和立体校正，得到可用于计算的双目图像。s33)使用yolo目标检测算法，对s32)得到的左图进行目标检测，得到若干个目标框。s34)使用orb特征点匹配算法，对s33)中得到的每个目标框内的点进行匹配，得到若干匹配结果。s35)对于每个目标物而言，使用聚类算法，在s34)中得到若干匹配中选出某个匹配结果代表该目标物。s36)将s35)得到的若干个目标的代表点对，使用图1中的像素坐标转相机坐标模块，得到每个目标物的三维相机坐标。s37)将s36)得到的若干个目标的三维相机坐标，使用图1中的相机坐标转大地坐标模块，得到每个目标物的三维cgcs2000大地坐标。
技术总结本发明提供了一种结合RTK的双目视觉空间绝对定位方法，属于计算机视觉领域。该方法主要解决双目相机计算目标绝对位置的问题。首先，使用标定板对双目相机进行标定。接着，通过标志点相机坐标与RTK设备采集到的标志点绝对坐标，建立相机坐标到大地坐标的转换模型。然后，使用目标检测算法、特征匹配算法和聚类算法，计算得到目标物上的代表点。最后，将代表点的相机坐标转换至大地坐标。本发明不仅可以计算单个目标，还可以计算多个目标的绝对位置信息。它不仅仅可以得到目标相机坐标，还可以计算出目标物在CGCS2000大地坐标系中的三维坐标，即目标物在地球上的唯一位置。通过这样的方式，使得它在现实世界应用中更具有现实意义。义。义。
技术研发人员：陶洋 田家旺 陈中意 王一强 杨娜
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/7/5
