[发明专利]一种锥形目标双目视频位姿测量方法及靶标图案

说明书

技术领域

本发明涉及一种双目视频位姿测量方法，尤其是一种锥形目标的双目视频位姿测量方法，以及在该方法中应用的锥形目标的靶标图案。

背景技术

炮弹引信及弹丸通常设计成锥形或类锥形，这类目标的位姿测量是目前的难点问题。基于视频的位姿测量技术不接触被测目标、测量精度较高，适合用于锥形目标的位姿测量。实现锥形目标的视频测量，需要目标上有足够特征点，如果目标表面没有足够特征点而又不能安装发光体靶标，就需要在锥形目标表面设计某种靶标图案，利用靶标上的图案所形成的特征点为位姿测量提供特征信息。靶标图案的设计对位姿测量的精度有重要影响。参见张庆君、胡修林、叶斌等的《基于双目视觉的航天器间相对位置和姿态的测量方法》，宇航学报，2008年，29卷（1）：156-161页；孙先逵、秦岚，《一种新型非接触位姿检测系统研究》，光电工程，2007年34(1)：50-54页。

现有技术中，常见的靶标为棋盘格靶标，该靶标由黑白相间的方格排列而成，方格的顶点为靶标的特征点。例如中国专利文献CN100449459C的“一种单摄像机虚拟鼠标系统的校准方法”：在靶标平面上布置黑白相间的棋盘格，黑方块与白方块公有的顶点称为格点。选取靶面上格点为特征点。其他常见的编码靶标可参见：ARToolKit marker system（http://www.hitl.washington.edu/ar toolkit/）、ARTag marker system（2010年7月IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，第1317到第1324页中的“Designing Highly Reliable Fiducial Markers”），这两种靶标均由方块构成，方块的顶点为靶标的特征点，方块内部为靶标的识别编码。这些靶标易于检测和识别，应用很广泛。

但是，棋盘格靶标没有设计编码，不能实现特征点的自动识别，而且，上述这些靶标都是在平面上设计和使用的平面靶标，很少有专门针对锥形目标设计的靶标。平面靶标，例如棋盘格靶标，在锥形目标上使用时会产生变形，导致特征点定位不准确；另外，平面靶标也不能充分利用锥形目标的顶点等特殊形状特征。若将平面靶标应用在锥形目标上，得到位姿测量结果不准确。因此要实现锥形目标位姿视频测量，需要针对锥形目标特殊的形状结构来设计靶标。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，解决平面靶标无法适应锥形目标曲面结构的问题以及提高锥形目标的位姿测量精度，本发明的目的是：在锥形目标的表面设计一种靶标图案，并提供一种锥形目标双目视频位姿测量方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种锥形目标的双目视频位姿测量方法，以及应用于双目视频位姿测量的锥形目标的靶标图案，该测量方法包括以下步骤：

两个摄像机设置在一个基座上，朝向要进行位姿测量的锥形目标，并使得锥形目标位于两摄像机的公共视场中。两摄像机光轴平行使两摄像机的公共视场最大。

将摄像机采集到的图像数据通过图像采集卡发送给计算机，解算锥形目标的位姿参数。

所述锥形目标的表面设置靶标图案，使靶标图案在两摄像机的公共视场中有3个以上公共特征点。

锥形目标上的靶标图案设置为，以锥形目标的圆锥形顶点为中心，将圆锥表面等分成六个子扇区，将所述六个子扇区间隔设置为两种对比度较大的颜色。将锥形目标的顶端区域设置为与所述六个子扇区颜色有较大对比度的第三种颜色。

在所述六个子扇区内分别设置一定数量的编码区域，所述编码区域的颜色与其所在子扇区的颜色有较大对比度。

所述编码区域基本为四边形，编码区域的侧边平行于锥形目标母线；编码区域的上下边平行于锥形目标横截面的截面圆；所述编码区域的侧边与其所在子扇区的侧边相隔离；所述编码区域下边与锥形目标的底面圆相隔离。

同一子扇区内的各个编码区域相隔离。

相邻子扇区内的编码区域数量或者编码区域的面积比设置为不同。

根据所述的锥形目标的靶标图案中子扇区颜色、子扇区内编码区域的数量及同一子扇区内不同编码区域的面积比，为所述的每个子扇区构造唯一的识别编码。

将所述锥形目标的顶点、所述六个子扇区的侧边与锥形目标底面圆的交点作为测量的主特征点。

将所述的六个子扇区内的各个四边形编码区域的顶点作为测量的辅助特征点。