[发明专利]一种基于透视投影的空间圆形目标旋转运动参数测量方法

摘要

本发明公开了一种基于透视投影的空间圆形目标旋转运动参数测量方法，属于圆形目标旋转参数测量领域。该方法首先计算出摄像机的有效焦距，然后基于摄像机透视投影原理，对于面内旋转和非面内旋转的不同旋转模式，运用几何推理方法，得到当旋转运动发生时圆形目标直径的变化，从而可计算出目标的旋转角度，并可判定旋转方向，进而计算出目标的旋转角速度。本发明方法测量精度高、可靠性好、易于实现，尤其适用于基于图像分析的三维物体旋转运动参数测量。

主权项

一种基于透视投影的空间圆形目标旋转运动参数测量方法，所述圆形目标的旋转角度在±90°之内，其特征在于：该方法包括如下内容：(1)通过拍摄已知尺寸的水平放置物体的图像，计算摄像机的有效焦距： f = wL W 式中：w为摄像机成像平面上目标物体像的宽度；W为目标物体的宽度；L为目标物体与摄像机镜头的距离；(2)基于摄像机透视投影原理，计算圆形目标的旋转角度：I、计算圆形目标在初始平面内做旋转运动的旋转角度：旋转角度α＝arctank，k为在摄像机成像平面上圆形目标直径像的斜率；连续拍摄圆形目标，当斜率k逐渐增大时，判定该圆形目标为逆时针旋转，为正方向；当斜率k逐渐减小时，判定该圆形目标为顺时针旋转，为反方向；II、计算圆形目标在非初始平面内做旋转运动的旋转角度：①计算旋转轴通过圆形目标直径时旋转运动的旋转角度：旋转角度 α = arcsin ( R 1 - R 2 ) l ( R 1 + R 2 ) r 式中：R1、R2分别为在摄像机成像平面上圆形目标垂直于旋转轴的直径上的两个半径像的长度；l为摄像机光心与圆形目标圆心的距离；r为圆形目标的半径，下同；连续拍摄圆形目标，当α逐渐增大时，旋转方向为正方向；当α逐渐减小时，旋转方向为反方向；②计算旋转轴不通过圆形目标直径时旋转运动的旋转角度：旋转角度 α = arcsin l ′ R - 2 fr hR 式中：R为在摄像机成像平面上圆形目标平行于旋转轴的直径像的长度；设圆形目标垂直于旋转轴的直径直线与旋转轴交于O点，l′为摄像机光心与O点的距离；f为摄像机的有效焦距；h为圆形目标圆心与O点的距离；连续拍摄圆形目标，当R逐渐增大时，旋转方向为正方向；当R逐渐减小时，旋转方向为反方向；(3)计算圆形目标的旋转角速度： ω = α 2 - α 1 t 2 - t 1 式中：t1、t2为两个不同的时间点；α1、α2分别为在t1、t2时圆形目标相对于初始位置的旋转角度。