[发明专利]一种混凝土泵车臂架末端位置姿态的摄像测量方法

权利要求书

1.一种混凝土泵车臂架末端位置姿态的摄像测量方法，其特征在于，在混凝土泵车臂架末端安装摄像机系统，通过测量摄像机视频图像上景物的变化，实时计算泵车臂架末端的位姿变化，测量结果实时传输给泵车控制系统，用于泵车臂架末端位姿控制或测试，

其实施步骤为：

1) 在泵车臂架末端处安装摄像机系统，包含一台或多台摄像机，在泵车上安装数据处理器和数据传输线，构成泵车臂架末端位姿变化摄像测量系统；

2) 标定摄像测量系统相关参数，包括摄像机内参数、多台摄像机间的位姿关系等，建立摄像测量坐标系，标定摄像测量坐标系与泵车臂架控制坐标系之间的关系；

3) 摄像测量系统工作时，摄像机系统随泵车臂架末端运动连续拍摄，将视频图像传送给数据处理器；

4) 数据处理器实时检测视频图像中景物特征的变化，根据上述变化实时计算摄像机系统的运动，运动计算方法可采用光流法、本质矩阵法、多目交会测量法；

上述摄像机系统的运动计算结果为摄像机系统的位姿变化，相邻时刻间或相对初始测量时刻，一般为在摄像测量坐标系的表示，由于摄像机固定安装在泵车臂架末端处，摄像机系统的位姿变化即为泵车臂架末端的位姿变化；

5) 根据步骤2)标定得到的摄像测量坐标系与泵车臂架控制坐标系之间的关系，将步骤4)计算得到的泵车臂架末端的位姿变化转换到泵车臂架控制坐标系内表示，得到泵车臂架末端位姿变化测量结果；

6)将步骤5)的测量结果实时传送给泵车控制系统，用于臂架末端位姿控制或测试。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土泵车臂架末端位置姿态的摄像测量方法，其特征在于，所述步骤4)中多目交会测量法的具体内容如下：

首先在当前                                               时刻多台摄像机同步采集的图上检测、匹配多个景物特征，多目交会测量得到这些特征在当前成像时刻摄像测量坐标系Ct₂的坐标或方程表示，设在双摄像机同一时刻拍摄的图像中某特征点图像坐标分别为和，和分别为已标定的双摄像机投影矩阵，包含摄像机内参数和摄像机在测量坐标系的位姿外参数，根据摄像测量原理，该点特征在摄像测量坐标系内的坐标满足

，                       (1)

根据公式(1)的两个等式可求解出该点特征坐标，

对于线特征其他类型特征，利用类似方法，通过面面交会确定特征在摄像测量坐标系的方程表示，也可以首先确定特征上的关键点，然后利用交会测量确定点的坐标，最后建立特征的方程表示，

然后在当前测量的特征中匹配查找上一成像时刻测量的景物特征，计算当前成像时刻与上一成像时刻间共同特征的坐标或方程表示的差异，根据上述共同特征的表示差异以及摄像测量坐标系与泵车臂架控制坐标系间的关系计算泵车臂架末端在两个时刻间的位姿变化在泵车臂架控制坐标系的表示，设时刻测量得到第个特征点在摄像测量坐标系的三维坐标为， 时刻测量得到该特征点在摄像测量坐标系中的三维坐标为， 时刻摄像测量坐标系原点在控制坐标系的坐标为，摄像测量坐标系与泵车臂架控制坐标系姿态转换矩阵为，、通过标定摄像测量坐标系与泵车臂架控制坐标系间的位姿关系得到，则有

，          (2)

由(2)可得

                  (3)

当测量多个特征点时，根据(3)可确定摄像测量坐标系在、两时刻间的位姿变化和，

综合处理各时刻间的位姿变化，可得到初始测量时刻至当前测量时刻的泵车臂架末端位姿变化。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土泵车臂架末端位置姿态的摄像测量方法，其特征在于，所述泵车臂架末端位姿变化摄像测量系统的摄像机为可见光摄像机或红外摄像机，数据处理器为DSP处理器或微机处理器。