[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

摘要

本发明公开了一种圆环标识的运动姿态视觉测量方法及其应用，该方法通过采用一台已知内部参数的相机，拍取一张已知内外圆半径的圆环标识图片，然后进行图像区域分割处理，提取图片中圆环曲线的边缘点，接着根据提取的边缘点拟合得到圆环曲线的二次型参数矩阵，以结合射影几何原理计算出真实圆心像点，最后根据真实圆心像点求出消隐线方程，依据曲线二次型和消隐线理论最终解算出圆环标识的转动参数和平移参数，即运动姿态。本发明相比现有技术具有以下优点：该方法能够获得较高精度的运动姿态参数，不但证明了使用单目视觉进行运动姿态测量的可行性和有效性，也为实际应用提供了一套高效、高精度、低成本的测量方案。

主权项

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。