[发明专利]柔性线缆的运动测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性线缆的运动测量方法及测量装置，更具体地，涉及基于双目视觉技术的柔性线缆的运动测量方法及测量装置。

背景技术

柔性线缆在机电产品中占有重要的地位，其被广泛应用在各种机电产品中以传递电子信号或气、液等工作介质。很多情况下，将柔性线缆连接在例如机械手臂等运动部件上，在这种情况下，柔性线缆很容易与机电产品的其他部件发生运动干涉，从而影响运动执行。另外，运动干涉还可能导致柔性线缆断裂，从而不能正常传递信号和工作介质。据统计，多数机电产品的失效都与柔性线缆的运动干涉问题相关。因此，如何确定柔性线缆的运动状态，就成为许多机电产品设计和仿真系统的研究内容之一，其中，测量柔性线缆的空间位姿是解决这个问题的关键。

在现有技术中，通常使用双目视觉技术结合数字散斑相关法来重建空间一点的坐标，其基本流程包括标定、匹配及重建，其中，匹配通常是使用数字散斑相关法来进行计算。双目视觉技术能够通过两个相机的内外参数和两个相机成像平面上的对应点坐标来重建空间一点坐标，如图1所示，I₁和I₂分别是左右两个相机的成像平面，C₁和C₂分别是左右两个相机的光心，在空间某一平面π上有一点M，该M点在I₁和I₂上的投影点分别为P₁和P₂(即，光心C₁和点M的连线以及光心C₂和点M的连线分别与成像平面I₁和I₂的交点)，将两个成像平面I₁和I₂分别与平面π的交线e₁和e₂称为极线，P₁和P₂必过极线。由对极几何关系可知，如果知道两个相机光心C₁和C₂之间的距离、光心C₁和C₂分别到成像平面I₁和I₂的距离(焦距)、两成像平面I₁和I₂的夹角等双目视觉系统的内外参数以及像平面I₁上的点P₁的坐标，即可确定e₂(相应地，通过像平面I₂上的点P₂的坐标也可以确定e₁)，则P₁的对应点P₂必在极线上(可以利用匹配算法在极线上搜索P₂)，再通过P₁和P₂的坐标，即可唯一确定平面π上的某一点的空间坐标。

数字散斑相关法是一种常用的匹配算法，所谓匹配是指在两个成像平面上搜索点对的对应关系。如图1所示，假设空间一点M在I₁上的投影点坐标为P₁，匹配算法可以判断其在I₂上的投影点坐标P₂，进而求得M点的空间坐标。根据数字散斑相关法，物体表面随机分布的斑点具有唯一性，由下式可以计算散斑I1上区域f与I2上区域g的相似程度：