一种双目视觉测量转动惯量的方法技术

技术编号:9617115 阅读:309 留言:0更新日期:2014-01-30 04:21
本发明专利技术一种双目视觉测量转动惯量的方法属于计算机视觉测量技术领域,涉及一种基于双目视觉的快速、精确转动惯量测量方法。该测量方法采用双目视觉系统,利用两台超高速摄像机实时采集被测物体表面标记点的运动图像,由图形工作站将两个超高速摄像机传输来的图片信息进行处理,得知标记点在空间运动的轨迹,通过对轨迹的拟合计算出被测物体的转动惯量。本发明专利技术利用双目视觉系统将被测物每一时刻的空间位置进行平面拟合与投影,使得被测物空间运动坐标在同一平面内,减小摆动运动不在一个平面给测量精度带来的影响;并通过考虑阻尼系数的被测物实时空间运动坐标曲线拟合,减小空气阻力以及机构阻力对测量系统精度的影响,提高了转动惯量测量精度。

A binocular vision method for measuring moment of inertia

The invention discloses a method for measuring the rotational inertia of binocular vision, which belongs to the technical field of computer vision measurement, and relates to a fast and accurate measuring method of moment of inertia based on binocular vision. The measurement method based on binocular vision system, using two sets of ultra high speed camera real-time measured motion image surface marking objects, a graphics workstation two ultra high speed camera to transmit image information processing, that mark points in space motion, by fitting the calculated trajectory of the rotational inertia of the object to be measured the. Plane fitting and projection of the spatial position of the invention using binocular vision system will be measured at each moment, the measured space motion coordinates in the same plane, reduce the swing movement is not a plane to influence measurement accuracy; and through real-time spatial coordinates of motion curve fitting the measured damping coefficient the reduced air resistance and resistance mechanism influence on the accuracy of the measurement system, improve the accuracy of measuring rotational inertia.

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于计算机视觉测量
,涉及一种基于双目视觉的快速、精确转动惯量测量方法。该测量方法采用双目视觉系统,利用两台超高速摄像机实时采集被测物体表面标记点的运动图像,由图形工作站将两个超高速摄像机传输来的图片信息进行处理,得知标记点在空间运动的轨迹,通过对轨迹的拟合计算出被测物体的转动惯量。本专利技术利用双目视觉系统将被测物每一时刻的空间位置进行平面拟合与投影,使得被测物空间运动坐标在同一平面内,减小摆动运动不在一个平面给测量精度带来的影响;并通过考虑阻尼系数的被测物实时空间运动坐标曲线拟合,减小空气阻力以及机构阻力对测量系统精度的影响,提高了转动惯量测量精度。【专利说明】
本专利技术属于计算机视觉测量
,涉及一种基于双目视觉的快速、精确转动惯量测量方法。
技术介绍
转动惯量是表征转动物体惯性大小的物理量,它是研究转动物体运动规律的重要参数之一,涉及到运动物体测量以及运动动力学的问题,都需要精确知道转动物体的转动惯量。随着现代科技的不断进步,转动惯量的测量越来越受到重视,其已经成为现代测量领域不可缺少的重要组成,其在各领域中都有着十分重要的地位。在航天工业中,人造卫星、运载火箭、载人飞船等都需要对转动惯量进行,以确定产品是否符合设计要求加以修正?’转动惯量直接影响飞行器飞行地稳定性,因此测量转动惯量为研究和设计飞行器提供了重要的参数,同时也可为形状、飞行姿态的优化提供信息。在汽车工业,各种车辆以及转动部件必须测量其转动惯量,通过修正偏心来提高车辆的性能和寿命,因此测定物体的转动惯量具有重要的实际意义。专利号为CN1646971A的名为《一种转动惯量和惯性积测量方法及其装置》,该专利采用复摆装置,但是该复摆装置操作繁琐。专利号为CN102692264A的《一种用于质量、质心位置与转动惯量的测试台及测试方法》采用扭摆机构和安装在机构上的传感器来测量转动惯量,传感器需进行测前标定,且扭摆装置本身操作复杂,使得整个测量过程十分繁琐。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术难题是消减转动惯量测量时摆动轨迹不共面与摆动时机构、空气阻力带来的转动惯量测量误差,专利技术一种基于双目视觉的转动惯量测量方法,该方法采用复摆装置进行双目视觉测量转动惯量。利用双目视觉系统可以得知每个时刻被测物体在空间摆动的轨迹,可将被测物每一时刻的空间位置进行平面拟合与投影,使得被测物空间运动坐标在同一平面内,减小摆动运动不在一个平面给测量精度带来的影响;并且通过考虑阻尼系数的被测物实时空间运动坐标曲线拟合,减小空气阻力以及机构阻力对测量系统精度的影响,增加了转动惯量测量精度。本专利技术采用的技术方案是,其特征是,本方法通过左、右两台超高速摄像机8、8’采集被测物6表面标标记点的位置信息,经标记点提取、匹配与重建得到序列图像的标记点圆心坐标,再进行空间曲面拟合投影,最终计算转动惯量。该方法的具体测量步骤如下:( I)两个高速摄像机的标定采用张氏标定方法标定出两相机的内外参数;【权利要求】1.一种基于双目视觉测量转动惯量的方法,其特征是,本方法采用双目视觉系统,通过左、右两台超高速摄像机8、8’采集被测物6表面标标记点的位置信息,经标记点提取、匹配与重建得到序列图像的标记点圆心坐标,再进行空间曲面拟合投影,最终计算转动惯量。该方法的具体测量步骤如下: (1)左、右两个闻速摄像机的标定 采用张氏标定方法标定出两相机的内外参数; 【文档编号】G01M1/10GK103542981SQ201310451575【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日 【专利技术者】刘巍, 贾振元, 马鑫, 尚志亮, 张洋, 李晓东, 付饶 申请人:大连理工大学本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于双目视觉测量转动惯量的方法,其特征是,本方法采用双目视觉系统,通过左、右两台超高速摄像机8、8’采集被测物6表面标标记点的位置信息,经标记点提取、匹配与重建得到序列图像的标记点圆心坐标,再进行空间曲面拟合投影,最终计算转动惯量。该方法的具体测量步骤如下:(1)左、右两个高速摄像机的标定采用张氏标定方法标定出两相机的内外参数;suv1=αx0u000αyv000010Rt0T1XwYwZw1---(1)其中s为比例因子,u、v为相面坐标,Xw、Yw、Zw是世界坐标,αxαx、αy、u0、v0为摄像机内参数,分别代表u轴尺度因子、v轴尺度因子、相面中心u轴坐标、相面中心v轴坐标;R为旋转矩阵、t为平移矩阵,它们是摄像机的外参数。(2)标记点特征的提取对采集到的视频每一帧进行处理,每一帧只有一个有效标记点,采用梯度重心法提取被被测物(6)运动时表面的标记点,首先采用高斯一阶微分算子对图像进行卷积操作,以获得图像在各点的梯度,则对于标志图案所在子区域的梯度重心点坐标的求取方法如下:C(x,y)=Σi=-hhΣj=-ww[|G(i,j)|·P(i,j)]/Σi=-hhΣj=-ww|G(i,j)|---(2)其中:C(x,y)为应用梯度重心法所提取的标记点中心像素坐标值,|G(i,j)|为(i,j)点的梯度幅值,w,h分别为目标图像的宽和高,P(i,j)为(i,j)点的图像坐标。(3)标记点的匹配与重建对采集到的视频每一帧所提取的标记点进行匹配与重建,图像标记点的匹配方法如下:先利用Longguet?Higgins提出的归一化8点算法计算出左右两高速摄像机(8、8’)的基本矩阵F,再通过左高速摄像机拍摄图片与右高速摄像机拍摄图片的极限约束关系进行图像标记点的初匹配,若左高速摄像机拍摄的图像标记点xl与右高速摄像机拍摄的图像标记点xr相匹配,即满足极限约束条件,极限约束条件如下所示:xlTFxr=0---(3)其中:xl为左高速摄像机拍摄的图像标记点;xr为右高速摄像机拍摄的与xl匹配的图像标记点;F为左右两个高速摄像机(8、8’)间的基本矩阵;然后将所有满足极限约束条件的左右图像标记点进行三维重建,重建出空间标记点在世界坐标系下的三维坐标值,其重建公式如下所示:x=zX1f1y=zY1f1---(4)z=f1(f2ty-y2tz)Y1(r7X1+r8Y1+r9f1)f2(r4X1+r5Y1+r6f1)其中:xl=[X1?Y]1,X1,Y1分别为左高速摄像机(8)拍摄的图像标记点xl的横、纵坐标;xr=[X2?Y2],X2,Y2分别为右高速摄像机(8’)拍摄的图像标记点xr的横、纵坐标;(x?y?z)为由左两图像标记点xl和右两图像标记点xr重建出来的空间标记点的三维坐标;f1、f2分别为左右高速摄像机(8、8’)的焦距;r1r2r3r4r5r6r7r8r9为右高速摄像机(8’)相对于左高速摄像机(8)的旋转矩阵,[tx?ty?tz]是右高速摄像机(8’)相对于左高速相机(8)的平移矩阵;(4)转动惯量计算●空间标记点平面拟合将视频每一帧重建出的空间点坐标在同一坐标系下进行显示,并且将这些序列点进行平面拟合。平面拟合公式如下所示:空间平面方程的通常可采用公式为:Ax+By+Cz+1=0(C≠0)????????(5)对于视频第i帧提取的空间坐标点,即i帧空间点坐标为:(xi,yi,zi)i=1,2,Ln(n≥3),所要拟合的平面可表达为如下的矩阵形式:x1y1z1MMMxnynznABC=-1-1-1---(6)根据最小二乘法法拟合空间坐标点所在平面,将矩阵左乘x1y1z1MMMxnynznT,化简为:Σxi2ΣxiyiΣxiziΣxiyiΣyi2ΣyiziΣxiziΣyiziΣzi2ABC=-Σxi-Σyi-Σzi---(7)可推导得:ABC=Σxi2ΣxiyiΣxiziΣxiyiΣyi2ΣyiziΣxiziΣyiziΣzi2-1-Σxi-Σyi-Σzi---(8)即所得平面为拟合平面。●空间标记点平面投影将视频每帧提取的空间坐标点Pi=(xi,yi,zi)i=...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:刘巍贾振元马鑫尚志亮张洋李晓东付饶
申请(专利权)人:大连理工大学
类型:发明
国别省市:

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