[发明专利]一种圆环标识的运动姿态视觉测量方法及其应用

权利要求书

1.一种圆环标识的运动姿态视觉测量方法，其特征在于步骤如下:

步骤一、拍摄目标圆环照片，并提取目标圆环边外圆边缘点和内圆边缘点，

1.1、用张正友法标定相机的内部参数，并对已知内外圆半径的圆环标识拍取一张图片，

1.2、对步骤1.1所获得的图片进行图像区域分割处理并提取图片中目标圆环外圆边缘点和内圆边缘点；

步骤二、计算圆环标识的真实圆心像点，

2.1、取至少五组圆环外圆曲线的边缘点，采用最小二乘法拟合出目标圆环外圆曲线的二次型参数矩阵，取至少五组圆环内圆曲线的边缘点，采用最小二乘法拟合出目标圆环内圆曲线的二次型参数矩阵；

2.2、利用步骤2.1获得的目标圆环外圆曲线的二次型参数矩阵和目标圆环内圆曲线的二次型参数矩阵，结合射影几何原理得到圆环标识的真实圆心像点；

步骤三、计算转动参数，

计算圆环图像的消隐线方程，结合步骤1.1标定的相机内部参数确定至少两个平行于圆环标识平面的任意单位向量，与这两个单位向量垂直的单位向量即是圆环的转动参数；

步骤四、计算平移向量T，

根据下式计算得出平移向量T

其中，M′₁、M′₂为圆环标识的内、外圆曲线的二次型参数矩阵，K是相机的内部参数矩阵，λ₁、λ₂为圆环标识的内外圆比例因子，a₁、a₂为圆环标识的内外圆半径，r′₁和r′₂为任意一组相互正交且与转动参数正交的单位向量；

确定转动参数和平移向量即可确定圆环标识的运动姿态。

2.如权利要求1所述一种圆环标识的运动姿态视觉测量方法，其特征在于：所述步骤三中计算转动参数的具体步骤是：

依据射影几何原理，消隐线上的每一点对应该圆环标识所在平面上的一个方向，即平行于标识平面的任意方向的单位向量V必与该平面消隐线存在一个交点，即满足关系式

其中ρ≠0，(u_∞,v_∞)为消隐线上的任意一点，在消隐线上任意选取至少2个点，由上式解出相应的单位向量，其平行于圆环标识平面，而标识平面的法线与所有该平面平行线垂直，因此可唯一确定法线所在直线，即表征运动姿态的转动参数，其为一组列向量。

3.如权利要求1所述一种圆环标识的运动姿态视觉测量方法，其特征在于：平移向量T可通过下式计算得出：

T＝g₁·r′₁+g₂·r′₂+g₃·r₃，

其中、向量r₃为转动参数，

g₁、g₂、g₃满足

用最小二乘法即可解出g₁/g₃、g₂/g₃、1/g₃的实数解，从而得出g₁、g₂、g₃。

4.一种利用如权利要求1或2或3所述圆环标识的运动姿态视觉测量方法测量物体运动姿态的方法，其特征在于：将已知内外圆半径的圆环标识贴于待测量物体表面，利用权利要求1或2所述的测量方法测量圆环标识的运动姿态，根据圆环标识在物体上张贴的位置信息换算物体的具体运动姿态。