[发明专利]基于低速相机阵列的高速动态物体关键点三维测量方法

说明书

本发明属于三维测量相关技术领域，其公开了一种基于低速相机阵列的高速动态物体关键点三维测量方法，其包括以下步骤：(1)提供一个关键点三维测量系统，所述关键点三维测量系统包括第一低速相机阵列及第二低速相机阵列，对所述关键点三维测量系统进行系统标定以获得各个双目视觉测量系统到世界坐标系的转换关系；(2)控制所述第一低速相机阵列及所述第二低速相机阵列中的低速相机按照时序顺序同时进行图像采集；(3)依据各个双目视觉测量系统到世界坐标系的转换关系将各个双目视觉动态物体关键点三维测量系统的三维数据转换到所述世界坐标系下，以完成高速动态物体关键点三维测量。上述方法降低了测量成本，测量精度较高，测量时间较长。

技术领域

本发明属于三维测量相关技术领域，更具体地，涉及一种基于低速相机阵列的高速动态物体关键点三维测量方法。

背景技术

动态物体关键点三维测量是使用三维测量仪器连续追踪运动物体关键点三维坐标的技术，这种技术可以用于测量或者分析运动物体的关键点变形、运动速度、加速度、关键点振动、轨迹和姿态角等关键数据，在航空航天、空气动力、汽车工业等领域都有着广泛的应用。基于视觉测量的动态物体关键点三维测量技术以其非接触、测量速度快、操作简单等优点在动态物体关键点三维测量领域发挥着重要作用。

基于视觉测量的动态物体关键点三维测量技术通常使用两个数字相机同时从不同角度连续拍摄被测物体，通过图像处理、对应点查找及三维重构来获得被测特征的三维坐标，这种技术可分为在线测量与离线测量，在进行高速动态物体关键点三维测量时，由于测量速度较快，目前一般使用离线测量方法进行高速动态物体关键点三维测量，即先使用相机采集图像，然后进行数据计算与分析。

高速动态物体关键点三维测量时，进行图像采集的相机帧率需要与测量速度对应，因此当测量速度较快时，需要采集帧率较大的高速相机进行图像采集。然而，使用高速相机进行图像采集存在以下缺陷：1.数字相机的价格随着采集帧率的增加呈指数倍增加，高速相机的价格更是高达几十万元，严重增加了高速动态物体关键点三维测量的成本；2.由于图像传输或者保存速度的限制，当图像采集帧率较大时，图像分辨率较低，严重影响了采集图像的质量与测量精度；3.由于图像存储空间的限制，进行高速动态物体关键点三维测量时，持续测量时间较短，当需要测量时间较长时，使用高速相机进行测量无法满足测量需求。相应地，本领域存在着发展一种测量成本较低的高速动态物体关键点三维测量方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于低速相机阵列的高速动态物体关键点三维测量方法，其基于高速动态物体关键点三维测量的特点，针对高速动态物体关键点三维测量方法进行了设计。所述高速动态物体关键点三维测量方法采用多个低速相机组成低速相机阵列来进行高速图像采集，然后根据低速相机阵列中组成的各双目视觉测量系统的坐标系到世界坐标系的转换关系，将各个双目视觉测量系统的测量数据转换到世界坐标系下，以完成高速动态物体关键点三维测量，降低了测量成本，测量精度较高，测量时间较长。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于低速相机阵列的高速动态物体关键点三维测量方法，其包括以下步骤：

(1)提供一个关键点三维测量系统，所述关键点三维测量系统包括第一低速相机阵列及第二低速相机阵列，所述第一低速相机阵列与所述第二低速相机阵列组成了多个双目视觉测量系统；对所述关键点三维测量系统进行系统标定以获得各个低速相机的内部参数和外部参数，进而获得各个双目视觉测量系统到世界坐标系的转换关系；

(2)控制所述第一低速相机阵列及所述第二低速相机阵列中的低速相机按照时序顺序同时进行图像采集，并将采集到的图像进行实时保存；

(3)将高速动态物体关键点三维测量看作多个双目视觉动态物体关键点三维测量系统的组合，并计算各个双目视觉动态物体关键点三维测量系统的三维数据，进而依据各个双目视觉测量系统到世界坐标系的转换关系将各个双目视觉动态物体关键点三维测量系统的三维数据转换到所述世界坐标系下，以完成高速动态物体关键点三维测量。