[发明专利]基于双目视觉的模型位姿计算方法

摘要

本发明提供一种基于双目视觉的模型位姿计算方法，该方法根据模型表面已知空间坐标位置的标志点作为先验依据，采用计算机双目视觉测量原理结合数字图像处理算法，检测指定时刻左右二维图像中的标志点位置，计算这些点在相机坐标系下的空间三维位置，利用这些标志点到模型质心位置的距离采用极小二乘算法求解出模型的质心位置，最后通过在模型质心位置建立体轴坐标系的方法计算当前时刻模型的位置、姿态角，最终通过计算整个视频序列得出风洞投放试验中模型下落的位移和姿态角序列。本发明在不依赖模型几何外观的前提下，将数字图像处理算法和计算机双目测量技术应用到风洞试验，满足对风洞投放试验需要，测量飞机吊舱、副油箱的下落轨迹测量。

主权项

1.一种基于双目视觉的模型位姿计算方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、根据模型的三维数模，以模型质心为几何中心构建模型的体轴坐标系，在三个轴上选取三个到质心位置PC相等的三个点分别为PX、PY和PZ，之后在模型表面布置N个标志点并将这些标志点编号并得到每个标志点到上述四个控制点PC、PX、PY和PZ的距离；步骤2、在固定好两台高速相机位置之后，采用张氏标定法计算双目参数和镜头畸变参数，并采用棋盘标定版作为计算参照获得相机坐标系和风洞坐标系之间的几何关系；步骤3、采用模板匹配结合特征矩，提取出模型表面的标志点在图像中的成像质心位置，将两组图像中的标志点进行一一对应；步骤4、利用畸变参数对标志点在左右图像中的成像位置进行校正之后，根据双目测量方法，连同双目相机参数一同带入三角测量关系式，得出这些标志点在相机坐标系下的空间位置；步骤5、利用步骤1中获得的标志点到模型轴线上四个控制点PX、PY和PZ的距离，采用极小二乘的方法计算出模型的质心和模型体轴三个控制点在相机坐标系下的位置，此基础上建立模型的体轴坐标系；步骤6、计算当前时刻模型质心位置到初始状态下模型的质心位置的向量和当前模型体轴系和初始状态下模型体轴系的转角，即求解出位移和姿态角在相机坐标系下的变化，再根据相机坐标系和风洞坐标系的几何关系，将计算结果投影到风轴系，获得风轴系下模型的位姿变化。