[发明专利]旋成体目标位姿视觉测量方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉测量技术领域，特别涉及一种旋成体目标位姿视觉测量方法。

背景技术

对于需要测量旋成体目标位姿参数的试验，如投放试验，由于目标具有外形简单、体积小、运动速度快等特点。传统的测量位姿信息的方法，比如内置陀螺仪、加速度计等，将影响目标重量及质量分布，而且响应速度达不到要求，难以运用到此类目标的位姿测量试验中。

视觉测量技术作为一种先进的测量技术，具有非接触、高响应速度、高精度等诸多优点。首先，建立空间坐标系实体对象到其图像的映射关系，也即摄像机成像模型，在摄影测量和计算机视觉中普遍使用中心透视投影叠加非线性镜头畸变的成像模型。通过对摄像机参数标定，可以求解出摄像机几何模型参数近似值。在图像上提取目标特征信息，已知摄像机的内外参数，根据投影模型，就可以解算出目标的姿态参数。该方法具备简单、可靠、灵活、使用范围广等特点，因而有十分广阔的应用前景。

基于视觉测量技术的立体视觉方法，可以测量旋成体目标的位姿参数。如陈杰春的“基于被动视觉的位姿测量系统”，在模型表面布设标志点，通过双目视觉方法得到标志点的三维坐标，进而解算得到模型姿态角信息，但该方法测量范围很小。刘双军等提出了合作标志点立体匹配法，在模型表面按设计规律布设一系列标志点，使模型在任何姿态下都有特征被捕获，进而扩大了模型姿态的测量范围，也提高了测量精度，然而该方法仍然基于双目视觉原理，测量姿态参数依赖于图像上的点特征，容易受到干扰。对于旋成体目标，该方法得到的俯仰角精度较高，偏航角精度较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种旋成体目标位姿视觉测量方法，其包括：步骤101，设置两个摄像机的位置，将所述两个摄像机中的一个摄像机设置在所述旋成体目标的侧面，另一个摄像机设置在与所述旋成体目标的轴线平行的竖直平面内；或将所述两个摄像机中的一个摄像机设置在所述旋成体目标的下面，另一个摄像机设置在与所述旋成体目标的轴线垂直的竖直平面内；步骤102，在所述旋成体目标上设置标记以形成标记线；步骤103，建立三维坐标系；步骤104，标定摄像机以获取用于图像校正的所述摄像机的内参数和用于确定所述摄像机位置和姿态的所述摄像机的外参数，且根据所述两个摄像机拍摄的标尺的图像，获取三维坐标系中三个坐标轴方向的图像像素分别与真实世界的比例；步骤105，根据所述摄像机拍摄的所述旋成体目标的侧视图，提取所述旋成体目标的轴向轮廓线和标记线，并计算得到所述旋成体目标的俯仰角，滚转角和质心X，Y坐标；步骤106，根据所述摄像机拍摄的所述旋成体目标的侧视图，获得所述旋成体目标质心Z坐标；步骤107，构建三维仿真场景，以所述旋成体目标的三维数模为模型，根据步骤105获得的所述旋成体目标的俯仰角，滚转角和质心X，Y坐标和步骤106获得的所述旋成体目标质心Z坐标，预设一个偏航角初始值；视点设置为与拍摄产生旋成体目标仰视图的仰视相机相同的位姿；然后以小角度改变所述旋成体目标的偏航角，获得一系列的模型投影图；步骤108，根据所述摄像机拍摄的所述旋成体目标的仰视图，提取所述旋成体目标的轴向轮廓线；对所述步骤107获取的一系列模型投影图提取所述模型的轴向轮廓线，并分别与所述旋成体目标的轴向轮廓线对比斜率，最接近的一条轮廓线，其对应的模型投影图相应的模型偏航角即为所述旋成体目标的偏航角。

根据如上所述的旋成体目标位姿视觉测量方法，优选，在所述步骤108之后，还包括：步骤109，根据步骤108获得的所述旋成体目标的偏航角，继续执行步骤105，重新计算所述旋成体目标的俯仰角；然后再继续后续步骤，完成所述旋成体目标的位姿测量。

根据如上所述的旋成体目标位姿视觉测量方法，优选，所述步骤102具体包括：建立世界坐标系，以投放有所述旋成体目标的风洞洞体水平向右为X_w轴，以竖直向上为Y_w轴，以垂直于X_w轴和Y_w轴且与X_w轴和Y_w轴构成右手坐标系的方向为Z_w轴。

根据如上所述的旋成体目标位姿视觉测量方法，优选，所述摄像机为高速摄像机。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明基于视觉测量技术，使用两个高速摄像机，分别布设在目标的侧面和下面，光路图如附图1所示；为测量目标的滚转角和质心位置，在目标上设置标记，如附图2所示；通过提取摄像机捕获图像中目标表面的标记线和轴向轮廓线，计算得到目标的位置和姿态信息，从而使得本发明的旋成体目标位姿测量方法与现有的测量方法相比的优点在于：