[发明专利]单目六自由度形变监测系统及方法

权利要求书

1.单目六自由度形变监测系统，其特征是：

包括靶标、视觉采集单元、中央处理单元和输出接口单元；其中：

靶标固定于待监测物体表面，其上设有5对圆形标记对，所有圆形标记等大；所述靶标和所述圆形标记的表面为具有灰度差异的两种颜色，以能从靶标图像中提取出圆形标记；

所述5对圆形标记对分别位于所述靶标的中心、上侧、下侧、左侧和右侧，分别记为中央标记对、上标记对、下标记对、左标记对、右标记对；其中，中央标记对、上标记对和下标记对中的两圆形标记分别水平对齐，且上标记对和下标记对关于中央标记对上下对称分布；左标记对和右标记对中的两圆形标记分别垂直对齐，且左标记对和右标记对关于中央标记对左右对称；

视觉采集单元用来采集靶标的视频流数据，其包括沿光路依次排列的CCD成像传感器、光阑、光学透镜组、滤光片；

中央处理单元用来对所述视频流数据进行图像处理，并通过所述输出接口单元输出处理结果。

2.采用权利要求1所述单目六自由度形变监测系统的单目六自由度形变监测方法，其特征是：

包括对权利要求1所述视觉采集单元所采集的视频流数据进行如下处理：

S100框选中央标记对，所框选的帧图像记为初始帧图像，所框选的矩形区域记为框选区域，提取中央标记对轮廓，基于所提取的中央标记对轮廓、以及各标记对的先验位置关系，计算初始帧图像的靶标位置信息；所述靶标位置信息包括①中央标记对轮廓及圆心位置、②中央标记对的像素圆心距和像素半径、③上标记对、下标记对、左标记对、右标记对的圆心位置；

S200根据相邻帧图像中前帧图像的靶标位置信息，获取各相邻帧图像中后帧图像的靶标位置信息，从而获得各帧图像的靶标位置信息，本步骤进一步包括：

S210预估后帧图像中中央标记对处的矩形区域，记为预估区域，具体为：

当相邻两帧图像中前帧图像为初始帧图像，则后帧图像的预估区域为前帧图像的框选区域；当相邻两帧图像中前帧图像不为初始帧图像，则根据前帧图像的前一帧到前帧图像的时间间隔内，中央标记对作帧间位移的速度矢量，并结合前帧图像的预估区域，预估后帧图像的预估区域；

所述中央标记对作帧间位移的速度矢量的计算为：

根据相邻两帧图像中中央标记对的圆心位置，计算中央标记对帧间的位移矢量；根据相邻两帧图像的时间间隔和帧间的位移矢量，计算中央标记对帧间位移的速度矢量；

S220对后帧图像的预估区域进行分割，提取中央标记对轮廓，计算后帧图像的靶标位置信息；

S300根据各帧图像和初始帧图像的靶标位置信息，获得各帧图像中靶标相对初始帧图像的形变量，所述形变量包括中央标记对的实际水平位移量、实际垂直位移量、光轴方向的实际位移量、以及靶标绕水平方向、垂直方向、光轴方向的旋转角。

3.如权利要求2所述的单目六自由度形变监测方法，其特征是：

步骤S100进一步包括：

S110人工框选中央标记对，框选的帧图像记为初始帧图像，所框选的矩形区域记为框选区域；

S120对框选区域进行分割，提取中央标记对轮廓及圆心位置；

S130根据圆心位置计算中央标记对的像素圆心距和像素半径；

S140按照各标记对的先验位置关系，在初始帧图像中搜索上标记对、下标记对、左标记对和右标记对，并获得所有标记对的圆心位置。

4.如权利要求2所述的单目六自由度形变监测方法，其特征是：

步骤S210中，所述中央标记对帧间位移的速度矢量为：

其中：

为相邻两帧图像中中央标记对的实际水平位移矢量；

为相邻两帧图像中中央标记对的实际垂直位移矢量；

为相邻两帧图像中中央标记对的实际光轴方向位移矢量；

fps表示相邻两帧图像的时间间隔的倒数。