一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法技术

本发明专利技术公开一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法，包含如下步骤：(一)、摄像机的选择和图像获取；(二)、摄像机标定：完成双目立体视觉摄像机的标定，得到左、右两台摄像机的投影矩阵以及双目立体视觉系统的旋转矩阵和平移向量；(三)、图像预处理和特征提取；(四)、立体匹配：建立能正确匹配所选特征的匹配算法；(五)、三维恢复：计算出子飞行物在飞行过程中的空间坐标后，并在已知摄像机成像集合模型和匹配关系后，采用计算机三维显示技术对子飞行物的飞行轨迹进行重建，获取子飞行物的落点位置，计算子飞行物的抛撒面积；(六)、抛撒面积的计算：通过以上步骤，可以得到子飞行物抛撒后的飞行轨迹和散布形状，从而得到抛撒面积。

【技术实现步骤摘要】
一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法
本专利技术涉及一种子母飞行物性能的评价方法，具体涉及一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法。
技术介绍
子母飞行物效应的大小通常用子飞行物的抛撒面积来表示。由于子飞行物结构构成与体积等各方面的限制，无法在其内部或表面安装测量设备，因此只能选用非接触外测法。而高速摄像测量可以充分利用计算机技术、立体视觉技术和图像处理等先进的测量原理和技术。但目前行业内还没有高速摄像测量应用于子母飞行物性能评价的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法，它通过放置在落飞行物区域附近高速摄像拍摄子飞行物抛撒后的飞行序列图像，并对其进行后期处理，得到抛撒面积，获得一种子母飞行物性能的评价方法。为了解决
技术介绍
所存在的问题，本专利技术是采用以下技术方案：一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法，它包含如下步骤：(一)、摄像机的选择和图像获取；(二)、摄像机标定：在充分分析了摄像机模型的基础上，并考虑透镜的径向畸变和切向畸变的影响；对不同类型的棋盘格图像进行标定实验，完成双目立体视觉摄像机的标定，得到左、右两台摄像机的投影矩阵，以及双目立体视觉系统的旋转矩阵和平移向量；(三)、图像预处理和特征提取：图像预处理是为了改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度，使图像更有利于各种特征的分析和提取；特征提取是为了得到匹配赖以进行的图像特征，如点状特征、线状特征和区域特征；图像校正是为了更好的利用对极几何约束，使匹配搜索在两幅图像的同一扫描线方向上进行，以此大幅度降低匹配的计算量；(四)、立体匹配：选择正确的匹配特征，寻找特征间的本质属性，建立能正确匹配所选特征的匹配算法，提高算法的去歧义匹配和抗干扰能力，降低实现的复杂程度和计算量；(五)、三维恢复：计算出子飞行物在飞行过程中的空间坐标后，并在已知摄像机成像集合模型和匹配关系后，采用计算机三维显示技术对子飞行物的飞行轨迹进行重建，获取子飞行物的落点位置，计算子飞行物的抛撒面积；通过摄像机的标定，得到了左摄像机和右摄像机投影矩阵空间任一点，则在左摄像机和右摄像机图像平面上的投影点互为对应特征点；(六)、抛撒面积的计算：通过以上步骤，可以得到子飞行物抛撒后的飞行轨迹和散布形状，从而得到抛撒面积。采用上述技术方案后，本专利技术具有以下有益效果：通过放置在落飞行物区域附近的双目视觉摄像机，高速摄像拍摄子飞行物抛撒后的飞行序列图像，并对其进行后期处理，得到抛撒面积，获得一种子母飞行物性能的评价方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的双目立体视觉模型示意图；图2为本专利技术的抛撒面积测量系统原理框图；图3为本专利技术的测试流程原理框图；图4(a)为本专利技术所提供的实施例左图像的图像预处理结果图；图4(b)为本专利技术所提供的实施例右图像的图像预处理结果图；图5(a)为本专利技术所提供的实施例左图像的立体匹配结果图；图5(b)为本专利技术所提供的实施例右图像的立体匹配结果图；图6为本专利技术所提供的实施例对空间物体的重建结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图、具体实施方式及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式和实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1-图3，本具体实施方式采用以下技术方案：首先根据双目立体视觉的成像原理，建立了包括最佳的图像坐标系、摄像机坐标系和世界坐标系的双目立体视觉数学模型，如图1所示。设左摄像机的摄像机坐标系O-xyz与世界坐标系Ow-XwYwZw重合，原点位于左摄像机的光心处，图像坐标系为Ol-XlYl，焦距为fl；右摄像机2的摄像机坐标系为or-xryrzr，图像坐标系为Or-XrYr，焦距为fr。坐标系O-xyz和坐标系or-xryrzr之间的相互位置可以通过空间转换矩阵M表示为M＝[RT](2)其中，和T＝[TxTyTz]T分别表示坐标系O-xyz和or-xryrzr之间的旋转矩阵和两个坐标系原点之间的平移向量。根据摄像机的投影传输模型，可得世界坐标系某一点P(x，y，z)的三维空间坐标为其次，建立了基于双目立体视觉技术的测试系统数学模型，如图2所示。该系统包括左摄像机、右摄像机(两个CCD摄像机)、同步控制电路、数字图像采集卡(图未视出)和计算机处理(图未视出)等模块；同步控制电路分别与左摄像机、右摄像机连接，左摄像机、右摄像机与数字图像采集卡(图未视出)连接，数字图像采集卡(图未视出)与计算机处理模块(图未视出)连接。同步控制电路保证左摄像机、右摄像机同时启动，确保获取子飞行物左右图像对的同时性；对获取到的子飞行物图像进行预处理和极线校正后，进行特征提取、立体匹配和三维重建，得到子飞行物飞行轨迹和落点位置，最后通过计算得到抛撒面积。要完成以上任务，需要完成以下六个步骤，如图3所示：(一)、摄像机的选择和图像获取。(二)、摄像机标定：在充分分析了摄像机模型的基础上，并考虑透镜的径向畸变和切向畸变的影响；对不同类型的棋盘格图像进行标定实验，完成双目立体视觉摄像机的标定，得到左摄像机、右两台摄像机的投影矩阵和以及双目立体视觉系统的旋转矩阵和平移向量T＝[TxTyTz]T。(三)、图像预处理和特征提取：图像预处理是为了改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度，使图像更有利于各种特征的分析和提取；特征提取是为了得到匹配赖以进行的图像特征，如点状特征、线状特征和区域特征；图像校正是为了更好的利用对极几何约束，使匹配搜索在两幅图像的同一扫描线方向上进行，以此大幅度降低匹配的计算量。(四)、立体匹配：选择正确的匹配特征，寻找特征间的本质属性，建立能正确匹配所选特征的匹配算法，提高算法的去歧义匹配和抗干扰能力，降低实现的复杂程度和计算量。(五)、三维恢复：计算出子飞行物在飞行过程中的空间坐标后，并在已知摄像机成像集合模型和匹配关系后，采用计算机三维显示技术对子飞行物的飞行轨迹进行重建，获取子飞行物的落点位置，计算子飞行物的抛撒面积。通过摄像机的标定，得到了左摄像机1和右摄像机投2影矩阵分别为和空间任一点，则P(x，y，z)在左摄像机和右摄像机图像平面上的投影点pl(ul，vl)和pr(ur，vr)互为对应特征点，则有上式可以表示为其次坐标的形式或者矩阵形式A·X＝B(8)利用伪逆矩阵可以求出X＝(ATA)A-1B(9)(六)、抛撒面积的计算：通过以上步骤，可以得到子飞行物抛撒后的飞行轨迹和散布形状，从而得到抛撒面积。本具体实施方式通过放置在落飞行物区域附近的双目视觉摄像机，高速摄像拍摄子飞行物抛撒后的飞行序列图像，并对其进行后期处理，得到抛撒面积，获得一种子母飞行物性能的评价方法。实施例：通过对子母飞行物抛撒散布规律的研究，得知子飞行物的飞行轨迹遵循抛物落体，并在地面落点正态分布于一个圆内，因此利用雨伞撑开时的抛物体代替子飞行物抛撒后的飞行轨迹，进行了仿真实验，具体实验步骤如下：步骤一：将测量硬件按实验要求进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法，其特征在于，它包含如下步骤：(一)、摄像机的选择和图像获取；(二)、摄像机标定：在充分分析了摄像机模型的基础上，并考虑透镜的径向畸变和切向畸变的影响；对不同类型的棋盘格图像进行标定实验，完成双目立体视觉摄像机的标定，得到左、右两台摄像机的投影矩阵

【技术特征摘要】
1.一种测试子母飞行物抛撒面积的立体视觉方法，其特征在于，它包含如下步骤：(一)、摄像机的选择和图像获取；(二)、摄像机标定：在充分分析了摄像机模型的基础上，并考虑透镜的径向畸变和切向畸变的影响；对不同类型的棋盘格图像进行标定实验，完成双目立体视觉摄像机的标定，得到左、右两台摄像机的投影矩阵和以及双目立体视觉系统的旋转矩阵和平移向量(三)、图像预处理和特征提取：图像预处理是为了改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度，使图像更有利于各种特征的分析和提取；特征提取是为了得到匹配赖以进行的图像特征，如点状特征、线状特征和区域特征；图像校正是为了更好的利用对极几何约束，使匹配搜索在两幅图像的同一扫描线方向上进行，以此大幅度降低匹配的计算量；(四)、立体匹配：选择正确的匹配特征，寻找特征间的本质属性，建立能正确匹配所选特征的匹配算法，提高算法的去歧义匹配和抗干扰能力，降低实现的复杂程度和计算量；(五)、三维恢复：计算出子飞行物在飞行过程中的空间坐标后，并在已知摄像机成像集合模型和匹配关系后，采用计算机三维显示技术对子飞行物的飞行轨迹进行重建，获取子飞行物的落点位...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝利华，薛英娟，李光亚，路晓冬，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14