[发明专利]一种家蚕吐丝行为的解析与仿真方法

权利要求书

1.一种家蚕吐丝行为的解析与仿真方法，其特征在于：所述方法是基于家蚕吐丝行为三维坐标数据，根据多项式拟合的方法，求出家蚕吐丝行为的运动轨迹，利用仿真的原理再现家蚕的吐丝行为，并从时间和空间角度解析家蚕吐丝行为的时序和位姿，为获取家蚕吐丝行为与蚕丝理化性能之间关联性的研究提供有利依据，有利于家蚕吐丝行为的控制以及蚕丝的获取；具体步骤如下：

步骤A：数据采集，采集家蚕吐丝行为三维坐标数据；

步骤B：数据处理，在Matlab曲线拟合工具箱中，通过GUI传输三维坐标数据，以散点图的方式进行查看；然后采用区间排除法对数据进行预处理，去除界外值、不定值和重复值；

步骤C：模拟仿真，将处理后三维坐标数据分别在xoy以及yoz平面上进行多项式曲线拟合，求得平面运动轨迹，得到方程φ(x,y)＝0,(其中，和φ(y,z)=0分别表示在xoy和yoz平面上的蚕丝运动轨迹)；然后通过两个不平行的平面轨迹方程组求得的立体运动轨迹方程F(x,y,z)＝0，即对平面曲线进行综合得到空间曲线最后在Matlab下对方程F(x,y,z)＝0进行仿真得到的即为家蚕吐丝行为的运动轨迹；

步骤D:行为解析，根据家蚕吐丝行为的运动轨迹方程为F(x,y,z)＝0,设在t₀时刻家蚕所处的位置为o(x₀,y₀,z₀)，若在t时刻家蚕运动到点p(x_t,y_t,z_t),通过家蚕的运动轨迹方程，可以得到家蚕在t时刻的梯度以及在时间段[t₀,t]下的路程同时可以得到家蚕在时间段[t₀,t]平均速度由于不同速度下蚕丝的理化性能不同，可以划分多个时间段Δt₀,Δt₁,…Δt_n，分别求出各个时间段的平均速度，然后根据速度提取力学性能较强的蚕丝，同时通过梯度可以知道家蚕吐丝下一步的运动方向，有利于机械臂按照人为需求去获取蚕丝。

2.根据权利要求1所述的家蚕吐丝行为的解析与仿真方法，其特征在于：所述家蚕吐丝行为三维坐标数据是通过如下方法获得：在放置家蚕的平台上设置两个摄像头，同时采集家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口的图像序列，然后对采集到的图像序列进行处理，并利用视差原理求出家蚕头部吐丝口的一系列三维坐标点；所述对图像序列的处理是利用家蚕吐丝口的颜色信息不同于家蚕身体其他部位的特点，根据颜色信息从背景中分割出家蚕头部吐丝口。

3.根据权利要求2所述的家蚕吐丝行为的解析与仿真方法，其特征在于：所述三维坐标点的求取步骤如下：

（1）利用两个摄像头同时采集到的多幅图像，对摄像机进行标定，得到摄像机的内外参数；

（2）利用摄像机的内外参数对图像进行畸变矫正，使用数学方法消除径向和切线方向上的镜头畸变，得到无畸变图像；

（3）对通过图像序列处理后分割出的家蚕头部吐丝口，分别提取两个摄像头采集到的家蚕吐丝口的特征点；

（4）查找两个摄像机视场中家蚕头部吐丝口的相同特征，求取相匹配的相同特征点的视差；

（5）最后利用图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系和得到的视差值，求出该点在世界坐标系中的三维坐标。