双目相机下目标三维坐标计算(四)

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了双目相机下目标三维坐标计算(四)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

本文来自公众号:机器人视觉
完成双目相机标定以后,获得双目相机的参数矩阵

包括左右相机的内参数矩阵、左右相机的畸变系数矩阵、右相机相对于左相机的旋转矩阵与平移矩阵

已知左右相机图像中的对应点坐标,获取目标在双目视觉传感器下三维坐标的流程如下:

1、将双目相机标定参数整理如下:

//左相机内参数矩阵
float leftIntrinsic[3][3] = { 3061.6936, -0.8869, 641.3042,
0, 3058.8751, 508.9555,
0, 0, 1 };

//左相机畸变系数
float leftDistortion[1][5] = { -0.0133, 0.6503, 0.0029, -0.0049, -16.8704 };
//左相机旋转矩阵
float leftRotation[3][3] = { 1, 0, 0,
0, 1, 0,
0, 0, 1 };
//左相机平移向量
float leftTranslation[1][3] = { 0, 0, 0 };

//右相机内参数矩阵
float rightIntrinsic[3][3] = { 3069.2482, -0.8951, 620.5357,
0, 3069.2450, 532.7122,
0, 0, 1 };
//右相机畸变系数
float rightDistortion[1][5] = { -0.0593, 3.4501, 0.0003, -8.5614, -58.3116 };
//右相机旋转矩阵
float rightRotation[3][3] = { 0.9989, 0.0131, -0.0439,
-0.0121, 0.9996, 0.0233,
0.0441, -0.0228, 0.9987};
//右相机平移向量
float rightTranslation[1][3] = {-73.8389, 2.6712, 3.3792};

2、二维像素坐标与相机坐标系下三维坐标转换

//************************************
// Description: 根据左右相机中成像坐标求解空间坐标
// Method:    uv2xyz
// FullName:  uv2xyz
// Parameter: Point2f uvLeft
// Parameter: Point2f uvRight
// Returns:   cv::Point3f
//************************************
Point3f uv2xyz(Point2f uvLeft, Point2f uvRight)
{
	//  [u1]      |X|					  [u2]      |X|
	//Z*|v1| = Ml*|Y|					Z*|v2| = Mr*|Y|
	//  [ 1]      |Z|					  [ 1]      |Z|
	//			  |1|								|1|
	Mat mLeftRotation = Mat(3, 3, CV_32F, leftRotation);
	Mat mLeftTranslation = Mat(3, 1, CV_32F, leftTranslation);
	Mat mLeftRT = Mat(3, 4, CV_32F);//左相机M矩阵
	hconcat(mLeftRotation, mLeftTranslation, mLeftRT);
	Mat mLeftIntrinsic = Mat(3, 3, CV_32F, leftIntrinsic);
	Mat mLeftM = mLeftIntrinsic * mLeftRT;
	//cout<<"左相机M矩阵 = "<<endl<<mLeftM<<endl;

	Mat mRightRotation = Mat(3, 3, CV_32F, rightRotation);
	Mat mRightTranslation = Mat(3, 1, CV_32F, rightTranslation);
	Mat mRightRT = Mat(3, 4, CV_32F);//右相机M矩阵
	hconcat(mRightRotation, mRightTranslation, mRightRT);
	Mat mRightIntrinsic = Mat(3, 3, CV_32F, rightIntrinsic);
	Mat mRightM = mRightIntrinsic * mRightRT;
	//cout<<"右相机M矩阵 = "<<endl<<mRightM<<endl;

	//最小二乘法A矩阵
	Mat A = Mat(4, 3, CV_32F);
	A.at<float>(0, 0) = uvLeft.x * mLeftM.at<float>(2, 0) - mLeftM.at<float>(0, 0);
	A.at<float>(0, 1) = uvLeft.x * mLeftM.at<float>(2, 1) - mLeftM.at<float>(0, 1);
	A.at<float>(0, 2) = uvLeft.x * mLeftM.at<float>(2, 2) - mLeftM.at<float>(0, 2);

	A.at<float>(1, 0) = uvLeft.y * mLeftM.at<float>(2, 0) - mLeftM.at<float>(1, 0);
	A.at<float>(1, 1) = uvLeft.y * mLeftM.at<float>(2, 1) - mLeftM.at<float>(1, 1);
	A.at<float>(1, 2) = uvLeft.y * mLeftM.at<float>(2, 2) - mLeftM.at<float>(1, 2);

	A.at<float>(2, 0) = uvRight.x * mRightM.at<float>(2, 0) - mRightM.at<float>(0, 0);
	A.at<float>(2, 1) = uvRight.x * mRightM.at<float>(2, 1) - mRightM.at<float>(0, 1);
	A.at<float>(2, 2) = uvRight.x * mRightM.at<float>(2, 2) - mRightM.at<float>(0, 2);

	A.at<float>(3, 0) = uvRight.y * mRightM.at<float>(2, 0) - mRightM.at<float>(1, 0);
	A.at<float>(3, 1) = uvRight.y * mRightM.at<float>(2, 1) - mRightM.at<float>(1, 1);
	A.at<float>(3, 2) = uvRight.y * mRightM.at<float>(2, 2) - mRightM.at<float>(1, 2);

	//最小二乘法B矩阵
	Mat B = Mat(4, 1, CV_32F);
	B.at<float>(0, 0) = mLeftM.at<float>(0, 3) - uvLeft.x * mLeftM.at<float>(2, 3);
	B.at<float>(1, 0) = mLeftM.at<float>(1, 3) - uvLeft.y * mLeftM.at<float>(2, 3);
	B.at<float>(2, 0) = mRightM.at<float>(0, 3) - uvRight.x * mRightM.at<float>(2, 3);
	B.at<float>(3, 0) = mRightM.at<float>(1, 3) - uvRight.y * mRightM.at<float>(2, 3);

	Mat XYZ = Mat(3, 1, CV_32F);
	//采用SVD最小二乘法求解XYZ
	solve(A, B, XYZ, DECOMP_SVD);

	//cout<<"空间坐标为 = "<<endl<<XYZ<<endl;

	//世界坐标系中坐标
	Point3f world;
	world.x = XYZ.at<float>(0, 0);
	world.y = XYZ.at<float>(1, 0);
	world.z = XYZ.at<float>(2, 0);

	return world;
}

//************************************
// Description: 将世界坐标系中的点投影到左右相机成像坐标系中
// Method:    xyz2uv
// FullName:  xyz2uv
// Parameter: Point3f worldPoint
// Parameter: float intrinsic[3][3]
// Parameter: float translation[1][3]
// Parameter: float rotation[3][3]
// Returns:   cv::Point2f
//************************************
Point2f xyz2uv(Point3f worldPoint, float intrinsic[3][3], float translation[1][3], float rotation[3][3])
{
	//    [fx s x0]							[Xc]		[Xw]		[u]	  1		[Xc]
	//K = |0 fy y0|       TEMP = [R T]		|Yc| = TEMP*|Yw|		| | = —*K *|Yc|
	//    [ 0 0 1 ]							[Zc]		|Zw|		[v]	  Zc	[Zc]
	//													[1 ]
	Point3f c;
	c.x = rotation[0][0] * worldPoint.x + rotation[0][1] * worldPoint.y + rotation[0][2] * worldPoint.z + translation[0][0] * 1;
	c.y = rotation[1][0] * worldPoint.x + rotation[1][1] * worldPoint.y + rotation[1][2] * worldPoint.z + translation[0][1] * 1;
	c.z = rotation[2][0] * worldPoint.x + rotation[2][1] * worldPoint.y + rotation[2][2] * worldPoint.z + translation[0][2] * 1;

	Point2f uv;
	uv.x = (intrinsic[0][0] * c.x + intrinsic[0][1] * c.y + intrinsic[0][2] * c.z) / c.z;
	uv.y = (intrinsic[1][0] * c.x + intrinsic[1][1] * c.y + intrinsic[1][2] * c.z) / c.z;

	return uv;
}

3、由像素坐标获取三维坐标

	Point2f l = (638, 393);
	Point2f r = (85, 502);
	Point3f worldPoint;
	worldPoint = uv2xyz(l, r);
	cout << "空间坐标为:" << endl << uv2xyz(l, r) << endl;

双目相机下目标三维坐标计算(四)
更换点对测试

	Point2f l = (857, 666);
	Point2f r = (303, 775);
	//Point2f l = (1014, 445);
	//Point2f r = (523, 387);
	Point3f worldPoint;
	worldPoint = uv2xyz(l, r);
	cout << "空间坐标为:" << endl << uv2xyz(l, r) << endl;
	system("pause");

双目相机下目标三维坐标计算(四)
更换点对测试:

	Point2f l = (931, 449);
	Point2f r = (370, 555);
	Point3f worldPoint;
	worldPoint = uv2xyz(l, r);
	cout << "空间坐标为:" << endl << uv2xyz(l, r) << endl;
	system("pause");

双目相机下目标三维坐标计算(四)

线结构光传感器标定(相机标定+结构光标定)完整流程(一)
https://blog.csdn.net/qq_27353621/article/details/120787942
UR机器人手眼标定(二)
https://blog.csdn.net/qq_27353621/article/details/121603215
双目相机标定(三)
https://blog.csdn.net/qq_27353621/article/details/121031972
公众号:机器人视觉文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-407090.html

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