基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，包括：以果实和果柄的结合处为原点建立连体基坐标系，对果实表面的特征点以及果实和果柄的结合处建立的连体基坐标系的点进行静态拍摄，对拍摄的图像进行存储，获取特征点与连体基坐标系的固有关系；拍摄果实动态运动，获取果实表面特征点的绝对坐标，根据特征点与连体基坐标系的固有关系，计算每帧图像对应各时刻下的连体基坐标系的点的绝对坐标，分别计算果实的位移、瞬时速度、瞬时加速度，计算果实摆动角位移、摆动角加速度，计算果实扭转角速度和t时刻果实扭转角加速度。本发明专利技术针对林果振动采收领域中对果实运动状态的研究，能够较好地追踪果实的运动。

【技术实现步骤摘要】
基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法
本专利技术属于农林业果树采收领域，具体涉及一种基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，用于林果振动采收领域中对果实运动状态的研究。
技术介绍
林果采收作业是林果生产中最耗时、最费力的一个环节，对于红枣、核桃、银杏等干果类林果，目前最有效的采收方式是机械振动收获，其振动采收机械的采收效果与多种因素有关，包括果树的生长特性和机械振动的工作参数。对于林果振动采收的研究更多的是将树木本身看作二阶系统，检测激励与响应的关系测得树木整体的刚度与阻尼比，近年来国内进行了更加细致的研究并建立了树干和树枝振动的简化力学模型，通过实验和理论计算比较认为悬臂直梁模型更为准确，为振动采收机械的研究提供了理论基础。但对于果实在振动采收过程中的运动情况的研究还存在空缺，为了更加细致深入的解释振动落果的原理，需要对果实的运动进行研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，本基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法针对林果振动采收领域中对果实运动状态的研究，能够较好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，其特征在于，包括：(1)在果实表面标记三个特征点：C1、C2、C3；(2)以果实和果柄的结合处为原点建立连体基坐标系，连体基坐标系的X轴、Y轴和Z轴分别记为X连轴、Y连轴和Z连轴，将连体基坐标系的原点标记为O1，X连轴正方向上单位向量的终点标记为X1，Y连轴正方向上单位向量的终点标记为Y1，Z连轴正方向上单位向量的终点标记为Z1；(3)建立公共参考基坐标系；(4)对果实表面的三个特征点以及果实和果柄的结合处建立的连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1进行静态拍摄，通过Phantom软件对拍摄的图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的特征...

【技术特征摘要】
2018.09.16 CN 20181107800271.一种基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，其特征在于，包括：(1)在果实表面标记三个特征点：C1、C2、C3；(2)以果实和果柄的结合处为原点建立连体基坐标系，连体基坐标系的X轴、Y轴和Z轴分别记为X连轴、Y连轴和Z连轴，将连体基坐标系的原点标记为O1，X连轴正方向上单位向量的终点标记为X1，Y连轴正方向上单位向量的终点标记为Y1，Z连轴正方向上单位向量的终点标记为Z1；(3)建立公共参考基坐标系；(4)对果实表面的三个特征点以及果实和果柄的结合处建立的连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1进行静态拍摄，通过Phantom软件对拍摄的图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的特征点以及连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1进行处理，获取特征点C1、C2、C3和连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1的绝对坐标，进而获取特征点与连体基坐标系的固有关系；(5)拍摄果实动态运动，通过Phantom软件对拍摄的视频中每帧图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的特征点进行处理，获取果实表面特征点的绝对坐标，根据特征点与连体基坐标系的固有关系，通过逆旋转变换计算每帧图像对应各时刻下的连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1的绝对坐标，通过空间向量夹角公式计算各时刻下的向量与公共参考基坐标系中Z轴的夹角θ，该夹角θ表示果实的摆动姿态；(6)将各时刻下的旋转至与公共参考基坐标系中Z轴重合的位置，计算旋转后的与公共参考基坐标系中X轴的夹角，该夹角表示果实的扭转姿态；(7)设相邻两帧图像分别对应的时刻为t+1时刻与t时刻，分别计算点O1在t+1时刻与t时刻沿公共参考基坐标系的X轴的位移、Y轴的位移以及Z轴的位移，根据位移计算t时刻果实沿X轴的瞬时速度、沿Y轴的瞬时速度以及沿Z轴的瞬时速度，根据瞬时速度计算在t时刻果实沿X轴的瞬时加速度、沿Y轴的瞬时加速度以及沿Z轴的瞬时加速度，计算果实在相邻两帧图像时间间隔内摆动角位移，通过摆动角位移依次计算在t时刻果实摆动角速度和在t时刻果实摆动角加速度，根据t时刻到t+1时刻的扭转角度计算t时刻果实扭转角速度和t时刻果实扭转角加速度。2.根据权利要求1所述的基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，其特征在于，所述的步骤(2)包括：以果实和果柄的结合处为原点建立连体基坐标系，以果实和果柄的结合点与果实的中心点之间的连线为中心线，该中心线为连体基坐标系的Z轴,记为Z连轴,以中心点指向结合点为Z连轴正方向，在垂直于连体基坐标系的Z轴的平面上分别建立连体基坐标系的X轴与Y轴，分别记为X连轴与Y连轴；将连体基坐标系的原点标记为O1，X连轴正方向上单位向量的终点标记为X1，Y连轴正方向上单位向量的终点标记为Y1，Z连轴正方向上单位向量的终点标记为Z1。3.根据权利要求2所述的基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，其特征在于，所述的绝对坐标为在公共参考基坐标系中的空间坐标，所述公共参考基坐标系的坐标轴的单位向量分别为：X＝(100)T、Y＝(010)T、Z＝(001)T。4.根据权利要求3所述的基于双目视觉追踪果实空间姿态及果实空间运动的方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括：(a)在静态下通过两台高速摄像仪对果实表面的三个特征点以及果实和果柄的结合处建立的连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1进行静态拍摄，通过Phantom软件对拍摄的图像进行存储，采用TEMA软件对图像中的特征点C1、C2、C3以及连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1进行处理,获取特征点C1、C2、C3的绝对坐标和连体基坐标系的点O1、X1、Y1、Z1的绝对坐标；(b)通过绝对坐标建立向量与将与单位化；建立向量向量向量和向量(c)将单位化后的与做向量积得到:以和做向量积得到：从而建立以特征点C1为原点的坐标系Cxyz,则坐标系Cxyz的坐标轴向量为通过空间向量夹角计算公式计算向量分别与公共参考基坐标系的X轴、Y轴和Z轴的夹角αx、βx、γx,计算向量分别与公共参考基坐标系的X轴、Y轴和Z轴的夹角αy、βy、γy,计算向量分别与公共参考基坐标系的X轴、Y轴和Z轴的夹角αz、βz、γz,则坐标转换矩阵为：点O1在坐标系Cxyz下的坐标通过公式(2)得到：其中由步骤(4)中的(b)得到；同理可得以及其中的坐标分别为点X1、Y1、Z1在坐标系Cxyz下的坐标；的坐标分别为点O1、X1、Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：许林云，刘冠华，周杰，宣言，马庆驰，郝玉肸，周宏平，陈青，蒋雪松，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32