[发明专利]平面运动速度矢量测量方法及系统

权利要求书

1.一种速度测量方法，可以实时测量以固定的距离在某一参照平面(或近视平面)上做平面运动(或近视平面运动)的物体的速度矢量；其特征在于：通过图像摄取单元连续对运动参照面上的物体取时间序列图像，载体的平面运动引起物体的像的位置在相片坐标系里发生变化，位于摄像机光轴和相片交点的像点，其在微小时间间隔内的位置变化和载体的平面运动速度矢量成正比，借助于图像匹配手段确定这些位置变化，最终求解载体的速度矢量；

2.根据权利要求1所述的速度测量方法，其特征在于：

所述图像摄取单元为摄像机；

选取运动参照平面和摄像机光轴Z轴的交点P点作为测量平面运动速度的瞬时测量基准；

3.根据权利要求1所述的速度测量方法，其特征在于：

所述瞬时测量基准是摄像机光轴Z轴和运动参照平面的随机交点，其随着平面运动的进行而不断更新；

4.根据权利要求1所述的速度测量方法，其特征在于：

该方法包括如下步骤；

(1)附着于载体上的图像摄取单元对平面运动参考平面拍摄第n帧图像；

(2)在所拍摄的第n帧图像中，取得一部分作为测量所述平面运动在拍摄第n帧图像和拍摄第n+1帧图像之间运动速度的瞬时参考基准，并把其位置赋予参数A；

(3)所述图像摄取单元拍摄第n+1帧图像；

(4)在所拍摄的第n+1帧图像中，匹配寻找所述瞬时参考基准；

(5)更新瞬时测量基准；

(6)若匹配寻找成功，转步骤(7)，否则转步骤(3)；

(7)把最佳匹配位置赋予参数B；

(8)计算所述平面运动在拍摄第n帧图像和拍摄第n+1帧图像之间的速度矢量V＝k*(B-A)+M，k为比例系数，M为修正量；

(9)若测量需要重复进行，根据测量要求控制时间延时后，则返回步骤(1)；

5.根据权利要求1所述的速度测量方法，其特征在于：

所述图像摄取单元摄取n帧图像时，取图像摄取单元的坐标系为世界坐标系o₀，取该坐标系中取位于z轴上的点P([0 0 z]^T)作为瞬时测量基准，瞬时测量基准P的像位于像平面的中心p₀(0 0)；

图像摄取单元发生运动(R t)后，形成新的坐标系o₁，此时摄取第n+1帧图像，瞬时测量基准P的像的位置移动到p₁(u v)。由摄像机线性成像模型可

以得出空间运动(R t)和p点的像运动(u v)之间的关系：

suv1=A0Rt01X1]]>

=[A]([RX+t]);]]>

=f000f0001(1γ-β-γ1αβ-α100z+t1t2t3)]]>

即：sufvf1=(-βα1z+t1t2t3);]]>

uf=-βz+t1z+t3;]]>

vf=αz+t2z+t3]]>

其中，为摄像机内参数矩阵；为摄像机旋转矩阵；为摄像机平动矩阵；X为瞬时测量基准在坐标系o₀中的坐标；为瞬时测量基准的像点在像坐标系中的坐标；s为比例常数。

我们研究的对象仅仅是平面运动，并且运动发生的平面和参考平面的距离是固定的，故可取α＝0，β＝0，t₃＝0，z为常数，由此可以求出平面运动的速度矢量(t₁ t₂)和p点的像运动(u v)之间的关系：

t1=zfu;]]>

t2=zfv]]>