[发明专利]一种浮空器囊体体积测量方法

摘要

本发明公开了一种浮空器囊体体积测量方法,利用激光测距仪测得视觉系统标定点的准确空间坐标，然后据此进行视觉系统的标定，然后利用标定好的视觉系统对粘贴了视觉标记点的悬浮的浮空器囊体进行拍摄。由于艇体巨大，因此通过拖拽移动浮空器的方式来进行分段拍摄。根据视觉系统参数和拍摄得到的囊体上的标记点在图像中的位置，重构标记点的空间坐标和部分囊体的三维重构，进而通过分段囊体的拼接得到完整囊体的三维重构模型，并由此计算出囊体的体积。本发明为准确测量浮空器柔性囊体体积提供了有效的手段，从而为浮空器的研制、生产与安全运行提供有力的保障，本发明的方法还适用于其它大型物体的空间体积测量，在大尺寸测量领域具有重要的意义。

主权项

1.一种浮空器囊体体积测量方法，其特征在于，该方法为：1）布置视觉测量系统：所述视觉测量系统包括多个摄像机安装支架和多个三角架，所述摄像机安装支架上安装有多个摄像机云台，所述摄像机云台上安装有摄像机；所述三角架上安装有激光测距仪云台，所述激光测距仪云台上安装有激光测距仪；所述摄像机云台、摄像机、激光测距仪云台、激光测距仪均接入主控计算机；所述多个摄像机安装支架和多个三角架均均匀分布在用于放置浮空器囊体的区域周围；2）确定世界坐标系：选择一台激光测距仪A，定义A的世界坐标为p_laser,1=(0,0,0)；另选择一台激光测距仪B，测出A、B间的距离L，定义B的世界坐标为p_laser,2=(L,0,0)；再选择一台激光测距仪C，测出A、C间的距离l₁和B、C间的距离l₂，定义激光测距仪C的世界坐标为p_laser,3=(x_c3,y_c3,0)，其中xc3=L2+(l12-l22)2Lyc3=(L4+l14+l24)-(L2-l12)2-(L2-l22)2-(l12-l22)22L;]]>3）对其余任一台激光测距仪X，分别测量上述激光测距仪A、B、C到激光测距仪X之间的距离l_A、l_B和l_C，得到激光测距仪X的世界坐标(x,y,z)，其中x、y、z满足方程组：x2+y2+z2=lA2(x-L)2+y2+z2=lB2(x-xc3)2+(y-yc3)2+z2=lC2;]]>依次类推，得到其余所有激光测距仪的世界坐标；4）摄像机拍摄布置在放置浮空器囊体区域内的多个标定点板组成的标定点板阵列；确定第i台激光测距仪到第j个标定点板之间的距离l_ij；通过求解以下方程组的最小二乘解确定第j个标定点板的世界坐标(x_j,y_j,z_j)：(xj-xlaser,i)2+(yj-ylaser,i)2+(zj-zlaser,i)2=lij2;]]>其中，i=1,…,N_laser；j=1,…,N_cali；N_laser为激光测距仪台数；N_cali为标定点板的数量；(x_laser,i,y_laser,i,z_laser,i为第i台激光测距仪的世界坐标p_laser,i；5）重复上述步骤4）4～9次，每台摄像机均获得4～9幅标定点板阵列的图像，从而形成n_caliN_cam幅标定点板阵列图像构成的标定图像集，其中n_cali=4～9，N_cam为视觉测量系统中的摄像机台数；根据标准摄像机标定方法，利用所述标定图像集和各标定点板的世界坐标，确定测量现场内第r台摄像机的参数c_r=(α_r,β_r,γ_r,t_x,r,t_y,r,t_z,r,f_r,κ_r,s_x,r,s_y,r,c_x,r,c_y,r)，其中(α_r,β_r,γ_r)表示第r台摄像机在世界坐标系中的空间朝向角，(t_x,r,t_y,r,t_z,r)表示第r台摄像机在世界坐标系中的坐标，f_r表示第r台摄像机的主距，κ_r表示第r台摄像机的径向畸变因子，(s_x,r,s_y,r)表示第r台摄像机的缩放比例因子，(c_x,r,c_y,r)表示第r台摄像机的主点坐标；6）将被测浮空器囊体放置在浮空器囊体区域内，在未充气的浮空器囊体表面设置多个视觉标记点，对浮空器囊体充气，由浮空器囊体的艇头开始，使浮空器囊体通过所述视觉测量系统的拍摄区域，计算机控制所述视觉测量系统对所述浮空器囊体一侧进行分段拍摄，且相邻的两个分段中至少有3个相同的视觉标记点同时出现在该两个分段对应的拍摄图像中；完成浮空器囊体一侧的拍摄后，按照相同的方法完成浮空器囊体另一侧的拍摄；7）设定某一个分段的坐标系为浮空器囊体坐标系，将其余分段中的视觉标记点变换到所述浮空器囊体坐标系中，得到所有视觉标记点的浮空器囊体坐标；8）利用所有视觉标记点的浮空器囊体坐标，通过标准三角形重建方法重构浮空器囊体表面的三维模型；9）确定所述三维模型上三维表面曲率最大的两点，以该两点之间的连线为浮空器的中轴，将所述中轴的长度作为浮空器囊体的长度l，以步长△d对所述中轴进行离散采样，得到N_s个中轴采样点；△d的取值不超过10cm；在各个中轴采样点处，根据浮空器囊体表面的三维模型，确定囊体表面与过当前中轴采样点的中轴垂面的相交线，从而确定囊体截面的边界，然后在囊体截面的边界上寻找过当前中轴采样点的截面最长弦，遍历各中轴采样点后，以所有截面最长弦中长度最大的弦的方向作为宽度方向，并将该长度最大的弦的长度作为浮空器囊体的宽度w；再次遍历各中轴采样点，在每个中轴采样点处计算囊体截面在与所述宽度方向正交的方向上过该中轴采样点的弦长，并取所有弦长中长度最小的弦长，以长度最小的弦长的方向作为高度方向，并将长度最小的弦长的长度作为浮空器囊体的高度h；再次遍历所有中轴采样点，确定第g个中轴采样点处的囊体截面，然后利用边长不超过10cm的矩形网格对第g个中轴采样点处的囊体截面进行离散化，利用落在第g个中轴采样点处的囊体截面中的矩形网格数目作为截面面积的近似值A_g，计算浮空器囊体的体积V：V=Σg=1NsAg·Δd.]]>