基于視覺的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)視覺理論和視覺傳感器的發(fā)展，立體視覺測量技術(shù)在機(jī)械制造、航空航天、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了基于視覺的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)方案，研究了測量系統(tǒng)中圖像特征的提取方法、雙目立體匹配方法和序列圖像的特征跟蹤方法。
　　首先，研究基于雙目立體視覺的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，針對(duì)測量系統(tǒng)對(duì)相機(jī)同步拍攝和位姿實(shí)時(shí)解算的性能要求，分別設(shè)計(jì)了多相機(jī)同步觸發(fā)方案和位姿實(shí)時(shí)解算方案。并在系統(tǒng)測量結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用三角測量

2、原理實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)特征的空間定位，進(jìn)而給出了基于向量的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿參數(shù)解算方法。
　　其次，對(duì)測量系統(tǒng)中圖像特征的高精度提取方法進(jìn)行研究。由于視覺測量系統(tǒng)的測量精度直接依賴于標(biāo)定環(huán)節(jié)攝像機(jī)的標(biāo)定精度，針對(duì)測量系統(tǒng)中使用的棋盤格標(biāo)定模板，研究和分析了模板圖像中棋盤格角點(diǎn)的亞像素提取方法，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。同時(shí)，針對(duì)測量系統(tǒng)中使用的點(diǎn)光源配合目標(biāo)和幾何形狀配合目標(biāo)，分別對(duì)兩種配合目標(biāo)的圖像特征提取進(jìn)行研究。對(duì)于點(diǎn)光源配合目標(biāo)形成的光

3、斑圖像，利用灰度重心法對(duì)光斑中心進(jìn)行提??；本文還在角點(diǎn)特征粗定位的基礎(chǔ)上，結(jié)合灰度重心法和角點(diǎn)函數(shù)響應(yīng)值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)角點(diǎn)特征的精確定位。
　　然后，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)中的立體匹配方法和特征跟蹤方法進(jìn)行研究。立體匹配是在不同視點(diǎn)拍攝的兩幅圖像中建立起特征點(diǎn)間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，它是雙目立體視覺測量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)特征點(diǎn)三維重構(gòu)的關(guān)鍵。本文在極線約束的基礎(chǔ)上，給出了左右相機(jī)圖像中匹配點(diǎn)集的快速建立方法，并結(jié)合唯一性和順序一致性約束，剔除歧

4、義匹配，實(shí)現(xiàn)了左右圖像中的特征點(diǎn)對(duì)的有效匹配；由于目標(biāo)在背景中運(yùn)動(dòng)，不同時(shí)刻攝像機(jī)拍攝的圖像中目標(biāo)特征的圖像坐標(biāo)是變化的，因此從序列圖像中找出同一特征在不同時(shí)刻所拍攝圖像中的對(duì)應(yīng)關(guān)系是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿測量的關(guān)鍵步驟之一。本文利用圖像中特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像中目標(biāo)特征的有效跟蹤。同時(shí)，考慮特征丟失的情況，給出了短時(shí)間特征丟失情況下的預(yù)測方法。
　　最后，在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)總體方案的基礎(chǔ)上，搭建了運(yùn)

5、動(dòng)目標(biāo)位姿實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，開發(fā)了圖像采集存儲(chǔ)軟件和位姿實(shí)時(shí)解算軟件，圖像采集存儲(chǔ)軟件對(duì)圖像采集存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行操作并實(shí)時(shí)提取圖像中的目標(biāo)特征信息，位姿實(shí)時(shí)解算軟件接收?qǐng)D像中目標(biāo)特征的圖像坐標(biāo)，通過對(duì)圖像特征進(jìn)行匹配和跟蹤后，計(jì)算出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)位姿參數(shù)。針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿參數(shù)測量結(jié)果需要進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的問題，給出了一種估計(jì)坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換關(guān)系的簡易方法。在整個(gè)測量系統(tǒng)搭建和調(diào)試成功后，進(jìn)行了實(shí)際的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿實(shí)時(shí)測量實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳