[发明专利]基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法

权利要求书

1.一种基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、获取目标的三维点云数据并得到模拟的图像数据库；对测量所使用的相机进行标定，得到相机的参数，并通过渲染生成目标的模拟图像数据库；

S2、将目标与测量所使用的相机分别安装在目标试验台与飞行器试验台，通过控制两个试验台至不同的位置和姿态，获得实拍图像；其中，将模拟图像数据库中与实拍图像重合比例最高的位置和姿态值作为实拍时刻的目标位置和姿态的初值；

S3、基于所述步骤S2中目标的位置和姿态的初始值，进行三维点云的投影，获取二维投影图像，对图像进行轮廓提取，得到目标位置和姿态的粗值；重复步骤S2，直至位置和姿态变化小于预设的阈值或者到达迭代次数时停止迭代，输出目标最终的位置和姿态的测量值，作为位置和姿态的准确测量输出值；

S4、利用地面试验设备中的控制台将所述步骤S3中的位置和姿态的准确测量输出值与目标试验台与飞行器试验台显示的位置和姿态数据进行比较，完成对输出的目标的位置和姿态准确测量值的评价。

2.如权利要求1所述的基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法，其特征在于，

所述步骤S1中，利用激光扫描仪得到所述目标的三维点云数据，以及通过OpenGL渲染生成目标的模拟图像数据库。

3.如权利要求1所述的基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法，其特征在于，

所述步骤S1中，采用平面模板标定法对测量所使用的相机进行标定，包含：利用世界坐标系o_w-x_wy_wz_w到像素坐标系o′-uv的坐标转换来表示：

其中，分别表示像素坐标系u轴、v轴的有效焦距；dx表示单个像素在图像坐标系x轴方向的物理尺寸；dy表示单个像素在图像坐标系y轴方向的物理尺寸；f为相机的焦距；M为3×4的矩阵，为透视投影矩阵；M₁为相机的内部参数，包括α_x、α_y、u₀、v₀四个参数，(u₀,v₀)为相机光心的像素坐标；M₂为相机的外部参数；R表示世界坐标系与相机坐标系之间的平移关系，T表示世界坐标系与相机坐标系之间的旋转关系。

4.如权利要求1所述的基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法，其特征在于，

所述目标试验台与所述飞行器试验台均为六自由度试验台。

5.如权利要求1所述的基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法，其特征在于，

所述步骤S2中，进一步包含：

将实拍图像的目标区域特征图像与模拟图像数据库中位于不同位置和姿态下的目标区域特征进行对比，确定两者之间的重合度，两者之间的重合度采用如下的公式判断：

其中，FI_A表示实拍图像所提取到的运动目标区域；FI_S为模拟图像数据库目标区域特征集合中的目标区域；∩表示求交运算；|·|表示满足条件所统计得到的像素数目；当r大于给定的阈值时，则将模拟图像数据库的目标的位置和姿态分别作为实拍图像的位置和姿态的初始值。

6.如权利要求1所述的基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法，其特征在于，

所述步骤S3中，进一步包含：

利用所述步骤S2中的位置和姿态的初始值，进行三维点云数据的投影，获取二维投影图像，根据二维投影图像与模拟图像轮廓之间的关系，构建代价函数；

所述代价函数是指二维投影图像中目标的轮廓与模拟图像中目标的轮廓的整体距离，求解代价函数最小时所对应的运动目标的位置和姿态即为目标当前迭代中的位置和姿态，并确定轮廓间的对应关系，代价函数的表达式：

其中，p_i为二维投影图像的轮廓，q_i为模拟图像轮廓，N为图像轮廓的总数量。

7.如权利要求1所述的基于三维点云数据库模型的单目视觉测量与地面试验方法，其特征在于，

所述步骤S4中，相机测量得到的位置和姿态与控制台的控制数据的定义是不统一的，要完成对位置和姿态测量精度的评价需要将两组数据进行统一；在进行相机测量数据的评估时所需要的数据包含相机测量数据，试验台控制数据，相机测量系原点位置与飞行器试验台零位，目标特征坐标系原点位置与目标试验台零位；其中，使用控制台控制所述目标试验台和飞行器试验台。