[发明专利]基于特征点的靶面相对位姿测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于特征点的靶面相对位姿测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设计靶面特征点：

设置5个圆形靶面特征点，其中4个靶面特征点分别设置于靶面的4个顶角处，另1个靶面特征点设置于靶面的中心，所述靶面特征点为黑色；

(2)基于特征点的自标定：

利用每帧图像对应的被测目标世界坐标系与相机坐标系间的转换关系，以相机坐标系为中介，即可求出被测标靶沉降前后的位置和姿态信息；

(3)特征点识别及质心定位：

对获取的初始靶面图像进行处理，提取特征点及质心定位，质心求取算法实现步骤如下：

①对输入的图像进行预处理；

②进行图像分割；

③进行形态学处理；

④裁剪感兴趣区域；

⑤采用灰度质心法求质心，并标记；

⑥输出质心坐标。

2.如权利要求1所述的基于特征点的靶面相对位姿测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中靶面的4个顶角处的水平和竖直方向的相邻靶面特征点相距15mm，所述靶面特征点的直径为2mm。

3.如权利要求1所述的基于特征点的靶面相对位姿测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，求取被测标靶沉降前后的位置和姿态信息的具体步骤如下：

取三维欧式空间中任意一点P，在两个不同坐标系中的坐标设为P₁(x₁,y₁,z₁)和P₂(x₂,y₂,z₂)，则P₁→P₂的转化如下式：

P₁＝RP₂+t (1)

其中，R为旋转矩阵，t为平移向量；

设P_C为点P在相机坐标系O_C-X_CY_CZ_C中的坐标，P₁为在初始坐标系O₁-X₁Y₁Z₁中的坐标，P₂为在运动后坐标系O₂-X₂Y₂Z₂中的坐标，则有：

设坐标系O₂-X₂Y₂Z₂相对于坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的姿态和位移关系为ΔR_P和Δt_P，则：

P₂＝ΔR_PP₁+Δt_P (3)

由式(2)和(3)可得：

依据P₂和P₁的关系，则有：

P₁＝ΔR_PP₂-Δt_P (5)

通过待测目标空间位姿在相机坐标的位置P₁和P₂，可检测出P₂相对P₁的位姿变化ΔR_P、Δt_P。

4.一种基于特征点的靶面相对位姿测量系统，其特征在于，包括沿无咋轨道长度方向等间距设置的多个沉降监测点，列车行进方向的最前端和最后端的沉降监测点为基准点，每个监测点设置图像式沉降监测仪，所述图像式沉降监测仪包括监测靶面、倾角仪、光源补充仪、摄像机、嵌入式系统、激光器，每个图像式沉降监测仪的摄像机镜头对准自身前方或后方图像式沉降监测仪内的激光光源，摄像机安装在投影靶面前方0.2m处，所述无咋轨道上列车行进方向的最前端的图像式沉降监测仪的输出端与数据采集分析终端的输入端连接。