[发明专利]基于双目视觉的待测物体三维振动轨迹的测量方法

权利要求书

1.基于双目视觉的待测物体三维振动轨迹的测量方法，其包括两个方位不同的摄像机，两摄像机的透镜镜面位于同一平面上，且中轴线平行；其特征在于，其包括如下步骤：

使用两个摄像机拍摄待测物体，并获得两个摄像机的视频流数据；

两个摄像机的视频流数据均选择同一时间的一帧数据作为第一帧，并得到待测物体在第一帧中的像素坐标；

通过像素相似度计算待测物体在第二帧与第一帧之间的偏移向量，并得到待测物体在第二帧中的估计像素坐标，若估计像素坐标达到精度要求，则确定该估计像素坐标为待测物体在第二帧中的匹配像素坐标，并结合两个摄像机的像素坐标和世界坐标之间的关系，计算待测物体在第二帧中的世界坐标；

使用待测物体在第二帧中的匹配像素坐标和第二帧与第三帧的像素相似度计算待测物体在第三帧中的估计像素坐标和待测物体在第三帧时相应的世界坐标；

按此重复，直至得到待测物体在测量时间段内的三维振动轨迹；

其中，计算待测物体在第二帧中的估计像素坐标的方法包括如下步骤：

A1：选定两摄像机图像的宽高分别为W和H；待测物体最大宽高分别为w和h，待测物体在第一帧I₀中的像素坐标为(i₀,j₀)，像素分布为A₀：

A2：在第二帧I中搜索待测物体，选定搜索框的宽度和高度分别为w和h，设定搜索框的像素坐标为(i,j)，像素分布为A：

A3：计算偏移向量：

其中，ω(i,j)为像素相似度，且

，

n为搜索框在第二帧中搜索时偏移的次数，(x_n,y_n)为搜索框在第二帧中第n次偏移后的像素坐标，(i,j)的取值范围是距离(x_n,y_n)最近的个像素点的像素坐标；(i_n,j_n)为距离(x_n,y_n)最近的个像素点的像素坐标的取值范围；

A4：令

则待测物体在第二帧中估计像素坐标为(x’_n,y’_n)＝m(x_n,y_n)＝(x_n,y_n)+M(x_n,y_n)。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，判断估计像素坐标是否为待测物体在第二帧中的匹配像素坐标的方法为：

如果||M(x_n,y_n)||≤ε或者n＞N_max，则估计像素坐标为待测物体在第二帧中的匹配像素坐标；

如果||M(x_n,y_n)||＞ε且n≤N_max，则返回步骤A3；

其中，ε为预设的待测物体在第二帧中跟踪步长的阈值，N_max为预设搜索框在第二帧中搜索时最大偏移次数。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：测量之前，分别获取两摄像机的内参数矩阵和两摄像机的外参数矩阵。

4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于：外参数矩阵和外参数矩阵获取方法为张正友标定法。

5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，像素坐标与世界坐标转换公式为：

其中，为内参数矩阵，为外参数矩阵，(u,v)为待测物体在像素坐标系中的坐标；(u₀,v₀)为图像平面中心；(x,y)为待测物体在像平面坐标中的坐标；(X_W,Y_W,Z_W)为待测物体在世界坐标系中的坐标。