[发明专利]基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法

摘要

本发明公开了一种基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，包括：以果实和果柄的结合处为原点建立连体基坐标系，对果实表面的特征点以及果实和果柄的结合处建立的连体基坐标系的点进行静态拍摄，对拍摄的图像进行存储，获取特征点与连体基坐标系的固有关系；拍摄果实动态运动，获取果实表面特征点的绝对坐标，根据特征点与连体基坐标系的固有关系，计算每帧图像对应各时刻下的连体基坐标系的点的绝对坐标，分别计算果实的位移、瞬时速度、瞬时加速度，计算果实摆动角位移、摆动角加速度，计算果实扭转角速度和t时刻果实扭转角加速度。本发明针对林果振动采收领域中对果实运动状态的研究，能够较好地追踪果实的运动。

主权项

1.一种基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，其特征在于，包括：(1)在果实表面标记三个特征点：C1、C2、C3；(2)以果实和果柄的结合处为原点建立连体基坐标系，连体基坐标系的X轴、Y轴和Z轴分别记为X连轴、Y连轴和Z连轴，将连体基坐标系的原点标记为O1，X连轴正方向上单位向量的终点标记为X1，Y连轴正方向上单位向量的终点标记为Y1，Z连轴正方向上单位向量的终点标记为Z1；(3)建立公共参考基坐标系；(4)对果实表面的三个特征点以及果实和果柄的结合处建立的连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1进行静态拍摄，通过Phantom软件对拍摄的图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的特征点以及连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1进行处理，获取特征点C1、C2、C3和连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1的绝对坐标，进而获取特征点与连体基坐标系的固有关系；(5)拍摄果实动态运动，通过Phantom软件对拍摄的视频中每帧图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的特征点进行处理，获取果实表面特征点的绝对坐标，根据特征点与连体基坐标系的固有关系，通过逆旋转变换计算每帧图像对应各时刻下的连体基坐标系的点O₁、X₁、Y₁、Z₁的绝对坐标，通过空间向量夹角公式计算各时刻下的向量与公共参考基坐标系中Z轴的夹角θ，该夹角θ表示果实的摆动姿态；(6)将各时刻下的旋转至与公共参考基坐标系中Z轴重合的位置，计算旋转后的与公共参考基坐标系中X轴的夹角，该夹角表示果实的扭转姿态；(7)设相邻两帧图像分别对应的时刻为t+1时刻与t时刻，分别计算点O1在t+1时刻与t时刻沿公共参考基坐标系的X轴的位移、Y轴的位移以及Z轴的位移，根据位移计算t时刻果实沿X轴的瞬时速度、沿Y轴的瞬时速度以及沿Z轴的瞬时速度，根据瞬时速度计算在t时刻果实沿X轴的瞬时加速度、沿Y轴的瞬时加速度以及沿Z轴的瞬时加速度，计算果实在相邻两帧图像时间间隔内摆动角位移，通过摆动角位移依次计算在t时刻果实摆动角速度和在t时刻果实摆动角加速度，根据t时刻到t+1时刻的扭转角度计算t时刻果实扭转角速度和t时刻果实扭转角加速度。