[发明专利]基于双目立体视觉技术的导线脱冰跳跃轨迹测量装置

权利要求书

1.一种基于双目立体视觉技术的导线脱冰跳跃轨迹测量装置，其特征在于：该装置包括支架、两个装有可调焦镜头的相机、上位机，支架包括三个可伸缩支腿、旋转平台、俯仰支架、相机安装平台，旋转平台底部通过三个可伸缩支腿支撑，在旋转平台顶部安装俯仰支架，在俯仰支架顶部水平铰装有相机安装平台，在相机安装平台上有滑槽、滑块、钢板尺以及水平泡，在相机安装平台上表面镜像对称安装有两个滑槽，每个滑槽上均滑动安装有一滑块，滑块上设置有相机安装孔，钢板尺设置在与两个滑槽之间对应的相机安装平台上表面位置上，两个相机分别与同一上位机连接，完成两个相机同步拍摄的图像采集、处理及存储；

该装置操作步骤是：

⑴根据标定板大小及目标距离调整相机的基线距，然后紧固滑块等各部位的连接，如首次使用，需要再采用黑白棋盘格标定相机的内参和外参，然后多次做静态测量实验，测量出系统误差曲线；

⑵在脱冰导线下方大于500mm处安放装置，让相机保持仰视姿态，以天空为背景，同时让相机安装平台的长度方向和导线走向垂直，即使得极线和导线有较大夹角；

⑶连续拍摄脱冰导线图像；

⑷将拍摄的图像传送到上位机进行处理数据，计算出脱冰跳跃轨迹；

步骤⑴中，相机的内参和外参的标定方法是：

建立世界坐标系O_WX_WY_WZ_W,每个相机分别建立相机坐标系O_CX_cY_cZ_c作为原点，图像坐标系oxy，图像像素坐标系Ouv，得到图像坐标系与图像像素坐标系关系为：

xy1=dx0-u0dx0dy-v0dy001uv1]]>

其中d_x,d_y每个像素点在相应方向上的实际物理尺寸，相机坐标系与世界坐标系关系为：

XcYcZc1=RT0T1XwYwZw1]]>

其中R为旋转矩阵，T为平移向量，由线性相机模型得到：

Zcxy1=f0000f000010XcYcZc1]]>

综合上式，得到图像像素坐标系与世界坐标系的关系为：

Zcuv1=1dx0u001dyv0001f0000f000010RT0T1XwYwZw1=fx0u000fyv000010RT0T1XwYwZw1=M1M2Pw=MPw=[N|n]Pw]]>

对于每个相机都可以得到两个上述方程，联立并使用最小二乘法便可以求解出P点坐标，采用张正友棋盘标定算法，分别标定出两个相机的内参：和外参：和在本装置中，设定世界坐标系和相机坐标系1固连，则T₁＝[0 0 0]^T，

步骤⑴中，相机的内参和外参的标定方法是：所述上位机上采用MATLAB软件编写采集程序，实现两个相机同时连续图像采集、存储，同时需要通过上位机进行静态误差曲线测量：

在距离相机约500mm至3000mm范围内，每隔100mm移动一次靶标进行测量，重复测量9次，以500mm处测量值为误差计算零点，计算出每次测量的误差曲线，然后对每个测量点求平均值，计算出误差曲线，表示为：

Δs_i＝f(s_i)s_i＝0,100,200，….2500

Δs_i为相应距离的测量误差，

计算起始点测量值得平均值，记为averA；

所述步骤⑷中的处理数据流程流程为：图像校正、图像处理、匹配点计算、轨迹曲线计算，所述图像校正是根据系统的坐标系设定，系统的基础矩阵F＝M₁₁^-1[T₂]_×R₂M₁₂,其中，M₁₁和M₁₂分别为左右相机的内参，[T₂]_×为T₂的反对称矩阵；对于P₁点，其在右图上的极线方程为m＝Fu_P，为P₁在左图像上的像素坐标，P₂点一定位于直线m上，通常来说，由于机械安装的原因，m为斜线，本系统采用Fusiello图像校正方法，通过旋转成像平面将极线校正成水平位置，其变换公式为：T＝N₂N₁^-1，其中N₁为校正前参数，N₂为重新定义相机平面后的参数；校正后，极线处于水平位置，即匹配点在图像像素坐标系中，纵坐标相同。