[發明專利]一種錐形目標雙目視頻位姿測量方法及靶標圖案

有效

• 申請號: 201310464816.5
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103512558A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 諶德榮;李蒙;王長元;宮久路;周廣銘;蔣玉萍;高翔霄;楊曉樂
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京宇航系統工程研究所
• 主分類號: G01C11/36
• 分類號: G01C11/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種雙目視頻位姿測量方法，尤其是一種錐形目標的雙目視頻位姿測量方法，以及在該方法中應用的錐形目標的靶標圖案。

背景技術

炮彈引信及彈丸通常設計成錐形或類錐形，這類目標的位姿測量是目前的難點問題。基于視頻的位姿測量技術不接觸被測目標、測量精度較高，適合用于錐形目標的位姿測量。實現錐形目標的視頻測量，需要目標上有足夠特征點，如果目標表面沒有足夠特征點而又不能安裝發光體靶標，就需要在錐形目標表面設計某種靶標圖案，利用靶標上的圖案所形成的特征點為位姿測量提供特征信息。靶標圖案的設計對位姿測量的精度有重要影響。參見張慶君、胡修林、葉斌等的《基于雙目視覺的航天器間相對位置和姿態的測量方法》，宇航學報，2008年，29卷（1）：156-161頁；孫先逵、秦嵐，《一種新型非接觸位姿檢測系統研究》，光電工程，2007年34(1)：50-54頁。

現有技術中，常見的靶標為棋盤格靶標，該靶標由黑白相間的方格排列而成，方格的頂點為靶標的特征點。例如中國專利文獻CN100449459C的“一種單攝像機虛擬鼠標系統的校準方法”：在靶標平面上布置黑白相間的棋盤格，黑方塊與白方塊公有的頂點稱為格點。選取靶面上格點為特征點。其他常見的編碼靶標可參見：ARToolKit?marker?system（http://www.hitl.washington.edu/ar?toolkit/）、ARTag?marker?system（2010年7月IEEE?Transactions?on?Pattern?Analysis?and?Machine?Intelligence，第1317到第1324頁中的“Designing?Highly?Reliable?Fiducial?Markers”），這兩種靶標均由方塊構成，方塊的頂點為靶標的特征點，方塊內部為靶標的識別編碼。這些靶標易于檢測和識別，應用很廣泛。

但是，棋盤格靶標沒有設計編碼，不能實現特征點的自動識別，而且，上述這些靶標都是在平面上設計和使用的平面靶標，很少有專門針對錐形目標設計的靶標。平面靶標，例如棋盤格靶標，在錐形目標上使用時會產生變形，導致特征點定位不準確；另外，平面靶標也不能充分利用錐形目標的頂點等特殊形狀特征。若將平面靶標應用在錐形目標上，得到位姿測量結果不準確。因此要實現錐形目標位姿視頻測量，需要針對錐形目標特殊的形狀結構來設計靶標。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述缺陷，解決平面靶標無法適應錐形目標曲面結構的問題以及提高錐形目標的位姿測量精度，本發明的目的是：在錐形目標的表面設計一種靶標圖案，并提供一種錐形目標雙目視頻位姿測量方法。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：

一種錐形目標的雙目視頻位姿測量方法，以及應用于雙目視頻位姿測量的錐形目標的靶標圖案，該測量方法包括以下步驟：

兩個攝像機設置在一個基座上，朝向要進行位姿測量的錐形目標，并使得錐形目標位于兩攝像機的公共視場中。兩攝像機光軸平行使兩攝像機的公共視場最大。

將攝像機采集到的圖像數據通過圖像采集卡發送給計算機，解算錐形目標的位姿參數。

所述錐形目標的表面設置靶標圖案，使靶標圖案在兩攝像機的公共視場中有3個以上公共特征點。

錐形目標上的靶標圖案設置為，以錐形目標的圓錐形頂點為中心，將圓錐表面等分成六個子扇區，將所述六個子扇區間隔設置為兩種對比度較大的顏色。將錐形目標的頂端區域設置為與所述六個子扇區顏色有較大對比度的第三種顏色。

在所述六個子扇區內分別設置一定數量的編碼區域，所述編碼區域的顏色與其所在子扇區的顏色有較大對比度。

所述編碼區域基本為四邊形，編碼區域的側邊平行于錐形目標母線；編碼區域的上下邊平行于錐形目標橫截面的截面圓；所述編碼區域的側邊與其所在子扇區的側邊相隔離；所述編碼區域下邊與錐形目標的底面圓相隔離。

同一子扇區內的各個編碼區域相隔離。

相鄰子扇區內的編碼區域數量或者編碼區域的面積比設置為不同。

根據所述的錐形目標的靶標圖案中子扇區顏色、子扇區內編碼區域的數量及同一子扇區內不同編碼區域的面積比，為所述的每個子扇區構造唯一的識別編碼。

將所述錐形目標的頂點、所述六個子扇區的側邊與錐形目標底面圓的交點作為測量的主特征點。

將所述的六個子扇區內的各個四邊形編碼區域的頂點作為測量的輔助特征點。