رهيافتي نو براي تعيين شش مولفه موقعيت و وضعيت يك شيء با عكسبرداري

New Approach to Determine 6DOF Position and Orientation of an Object Using its Image

در اين مقاله روشی جديد برای تعيين موقعيت و وضعيت شی ء نسبت به دستگاه دوربين با استفاده از تصوير آن ارائه شده است. تصوير واقعی كه از دوربين در اختيار است از نگاشتی غيرخطی بين جهان سه-بعدی و تصوير دوبعدی حاصل می شود. برخی محققان با خطی فرض كردن اين نگاشت تخمين موقعيت و وضعيت را ساده تر كردند ولی از كليت مسأله كاسته و محدوديت هايی بر ابعاد شيء مورد نظر اعمال نمودند. استفاده از نگاشت غيرخطی و دست يابی به روابط هندسيِ برقرار بين شيء و تصوير آن اگر چه كاری چالش برانگيز و دشوار است ولی دقت كار را بالا برده و محدوديتی بر ابعاد شيء وارد نمی كند. حالتی كه يك شيء در برابر دوربين قرار می گيرد بسته به نوع دوران و فاصله اش از محور اصلی دوربين تغيير می كند. در اين مقاله برای تعيين شش مولفه موقعيت و وضعيت يك شيء با عكس برداری، دستگاه معادلات غيرخطی با ده معادله و پنج مجهول استخراج شده است. در حل دستگاه معادلات غيرخطی، انتخاب الگوريتمی مناسب كه علاوه بر كمينه كردن خطا، زمان كمی نياز داشته باشد، حائز اهميت است. با توجه به اينكه در آزمايش عملی مقادير دقيق نيستند الگوريتمی از نوع بهينه سازی پيشنهاد شده و راهكاری برای انتخاب حدس اوليه پيشنهاد می شود كه هم همواره به پاسخ برسد و هم زمان حل مسأله را كاهش دهد. درستی معادلات استخراج شده با بدست آوردن شش مولفه ی موقعيت و وضعيت يك تئودوليت از روی تصاوير نشان داده شده است.

In this paper, a new method for determining the position and orientation of the object in respect to the camera coordinate using the image is presented. True picture of the camera is obtained by a nonlinear mapping between the three-dimensional world and two-dimensional image. Some researchers assumed linear mapping to make approximation of position and orientation easier, but restrictions were imposed on the object size. Also the use of nonlinear mapping and geometric relationships between object and its image is so challenging and difficult task, but increase the accuracy and do not raises the limit on the size of the object. The case in which an object is placed in front of the camera can become different according to the orientation type and its distance from the main axis of the camera. In this paper, to determine 6DOF position and orientation of an object using its image, a system of nonlinear equations with ten equations and 5 unknowns is extracted. In solving nonlinear equations, it is important to choose an appropriate algorithm to minimize the error and needs little time. With regard to the non-exact values in practical test, the kind of optimization algorithm is proposed and. Then a way for selecting initial guess is proposed to always have a solution and reduce the run time. Accuracy of extracted equations is shown by determining 6 DOF position and orientation of one theodolite.