[发明专利]一种采用多相机实现多自由度运动物体姿态重建方法

说明书

本发明涉及一种采用多相机实现多自由度运动物体姿态重建方法，方法的核心内容在于：首先由多个高速相机按设定的工作方式同步、匀速采集多自由度物体上标记物的运动图像；再通过本发明设计的多相机姿态重建算法完成多自由度运动物体的姿态参数计算。本发明具有非接触，高精度，高速采集的优点，可以测量并计算得到多自由度运动物体的空间位置参数、姿态参数、速度及加速度等量化参数，精确重建空间物体的运动姿态，实现与震颤、稳定性相关应用的物体位姿信息测量，在运动检测领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种采用多相机实现多自由度运动物体姿态重建方法。

背景技术

运动自由度是确定一个系统在空间中的准确位置所需要的最小坐标数。一个刚体在空间任意运动时，可分解为质心的平动和绕通过质心某直线的定轴转动，它既有平动自由度还有转动自由度。

目前，对于震颤、稳定性相关应用的多自由度运动物体姿态数据采集，常用的方法主要包括：(1)接触式测量，采用运动加速度计、角速度计等传感器的便携穿戴技术，被广泛应用于物体的稳定性检测。然而，采用运动加速度、角速度等传感器需要将装置直接或间接地“绑定”于待测物体的特定部位，由于传感器及附件具有一定的体积和重量，容易导致不适并可能影响结果的有效性，而且接触式检测一直面临检测过程中误差积累的挑战，加速度计表现为检测误差或低频干扰引起加速度信号漂移，陀螺仪存在零位误差和动态误差等。(2)非接触式测量，采用光学成像为主。雷达探测技术的运动物体姿态检测方法分辨率明显不足；光学单目成像技术可被用于测量物体运动的2D信息；双目立体成像本身因左右相机由于所处空间位置的不同，拍摄得到的图像在成像平面上会存在水平和深度视差导致两幅图像存在差异，为此立体匹配仍是影响精度的瓶颈问题，同时相机参数标定对重建精度影响大，都制约了双目立体重建技术在多自由度运动物体姿态测量与重建领域的发展。

发明内容

本发明的目的在于满足现实需要，提供一种采用多相机实现多自由度运动物体姿态重建方法，通过采用多个高速相机采集多自由度运动物体实时姿态，通过多个标记点完成物体运动姿态的捕获，克服了传统单双目立体成像时相机参数标定的精度问题和图像匹配的问题，所得重建后的物体姿态精度可以达到微米级，采样速度可以达到毫秒级，远远满足与震颤、稳定性相关应用的物体姿态测量分析的精度要求。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种采用多相机实现多自由度运动物体姿态重建方法，包括以下步骤：

S1.标记识别：在待测物体上多个部位进行标记并用高速相机识别各标记点；

S2.多相机架构：在待测物体的多个方位上架设已识别标记的高速相机；

S3.距离测量：以待测物体的中心点为坐标原点，测量坐标原点至待测物体各标记点的距离l；

S4.图像采集：由架设在待测物体各个方位的高速相机同步、匀速采集待测物体运动状态下的图像；

S5.数据处理：对采集的图像进行二值化处理，完成对图像中标记点坐标序列的计算，并在计算机中重建待测物体姿态。

进一步地，步骤S1中所述标记点为实心圆点，各标记点间无相对位置要求。

进一步地，步骤S3中所述坐标原点为待测物体放置好后运动前初始状态下的中心点。

进一步地，步骤S4中所述高速相机同步、匀速采集待测物体运动状态下的图像，图像采集过程中，各高速相机通过控制模块统一控制采样速度一致，采样的图像按照先后顺序由0开始进行编号。

进一步地，步骤S5所述标记点坐标序列的计算过程为：

S51.对各高速相机采集的图像按照顺序从0开始编号，将第0幅图像至最后一幅图像输入计算机中进行二值化处理；