[发明专利]两个高速摄像机测量开舱点位置的方法及装置

摘要

两个高速摄像机测量开舱点位置的方法及装置，属于视觉测量领域，为快速、准确地获取较高精度的子母弹开舱点位置，时统终端连接第一高速摄像机，时统终端连接第二高速摄像机；控制计算机连接第一高速摄像机，控制计算机连接第二高速摄像机；相机靶标特征点均能在两高速摄像机的交叉视场内成清晰的图像；时统终端通过串行接口为第一高速摄像机提供同步脉冲信号和时间信息，其通过串行接口为第二高速摄像机提供同步脉冲信号和时间信息；控制计算机通过网络接口接收第一高速摄像机的相机靶标及子母弹开舱点的图像信息，其通过网络接口接收第二高速摄像机的相机靶标及子母弹开舱点的图像信息；控制计算机经过数据处理后交会出子母弹开舱点的位置信息。

主权项

两个高速摄像机测量开舱点位置的方法，其特征是，包括以下步骤，步骤一，第一高速摄像机（1）的视场为ab、cd间的夹角，第二高速摄像机（2）的视场为ac、bd间的夹角，摄像机靶标（9）及理论开舱点位于四边形abdc中，两个高速摄像机的世界坐标O_j(x_j,y_j,z_j)j＝1,2，摄像机靶标（9）的世界坐标O₃(x₃,y₃,z₃)，三者相距一定距离，且摄像机靶标（9）在第一高速摄像机（1）和第二高速摄像机（2）视场内成清晰的图像；步骤二，控制计算机（4）利用网络接口（7）采集第一高速摄像机（1）拍摄的摄像机靶标（9）的图像，并提取特征点，控制计算机（4）利用网络接口（8）采集第二高速摄像机（2）拍摄的摄像机靶标（9）的图像，并提取特征点，利用线性成像模型标定两个高速摄像机参数，利用高速摄像机与摄像机靶标（9）的位置关系解算出摄像机与世界坐标系X轴的方位角α、与水平面的高低角λ；其中，高速摄像机的图像坐标系和世界坐标系关系如式①，$Z_c\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{a}_u& 0& u_0\\ 0& a_v& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}R& T\\ 0^T& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_W\\ Y_W\\ Z_W\\ 1\end{array}\right]$   ①(a_u,a_v)为高速摄像机成像器件的像素尺寸；(u₀,v₀)为高速摄像机的光轴与图像平面的交点；R、T分别为摄像机坐标系与世界坐标系的旋转矩阵、平移矩阵；利用高速摄像机与摄像机靶标的位置关系，根据式②解算出高速摄像机与世界坐标系X轴的方位角α、与水平面的高低角λ，$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\α}=\mathrm{arctg}\left(\frac{X_i-X_3}{Z_i-Z_3}\right)\\ \mathrm{\λ}=\mathrm{arctg}\left(\frac{Y_j-Y_3}{\sqrt{{(Z_j-Z_3)}^2+{(X_j-X_3)}^2}}\right)\end{array}\right.$   ②O_j(x_j,y_j,z_j)j＝1,2表示两个高速摄像机在世界坐标系中的坐标；O₃(x₃,y₃,z₃)表示靶标在世界坐标系中的坐标；步骤三，第一高速摄像机（1）和第二高速摄像机（2）在时统终端（3）的同步脉冲作用下，通过网络接口获取目标的开舱点图像信息，经过图像处理得到开舱点的脱靶量信息；步骤四，控制计算机（4）利用两个高速摄像机的参数及高速摄像机与世界坐标系X轴的方位角α、与水平面的高低角λ信息，再根据公式③计算出开舱点的位置信息（x，y，z），$\left\{\begin{array}{c}{m}_1=\cos {\mathrm{\α}}_1(x_1-x_2)+\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_1(y_1-y_2)+\sin {\mathrm{\α}}_1(z_1-z_2)\\ m_2=\cos {\mathrm{\α}}_2(x_2-x_1)+\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_2(y_2-y_1)+\sin {\mathrm{\α}}_2(z_2-z_1)\\ K={(\cos ({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)+\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_1\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_2)}^2-{\sec }^2{\mathrm{\λ}}_1{\sec }^2{\mathrm{\λ}}_2\\ l_1=\frac{m_2(\cos ({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)+\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_1\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_2)+m_1{\sec }^2{\mathrm{\λ}}_2}{K}\\ l_2=\frac{m_1(\cos ({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)+\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_1\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_2)+m_2{\sec }^2{\mathrm{\λ}}_1}{K}\\ x=0.5(x_1+l_1\cos {\mathrm{\α}}_1+x_2+l_2\cos {\mathrm{\α}}_2)\\ y=0.5(y_1+l_1\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_1+y_2+l_2\mathrm{tg}{\mathrm{\λ}}_2)\\ z=0.5(z_1+l_1\sin {\mathrm{\α}}_1+z_2+l_2\sin {\mathrm{\α}}_2)\end{array}\right.$   ③O_j(x_j,y_j,z_j)j＝1,2表示两个高速摄像机在世界坐标系中的坐标；(α_j,λ_j)j＝1,2表示两个高速摄像机与世界坐标系X轴的方位角、与水平面的高低角。