[發明專利]一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法

有效

• 申請號: 201410070576.5
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103778347B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 王宇俊;向玉冰;方燦;孫亞芹;譚艷;胡翔
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，其特征在于：所述方法是基于家蠶吐絲行為三維坐標數據，根據多項式擬合的方法，求出家蠶吐絲行為的運動軌跡，利用仿真的原理再現家蠶的吐絲行為，并從時間和空間角度解析家蠶吐絲行為的時序和位姿，為獲取家蠶吐絲行為與蠶絲理化性能之間關聯性的研究提供有利依據，有利于家蠶吐絲行為的控制以及蠶絲的獲取；具體步驟如下：

步驟A：數據采集，采集家蠶吐絲行為三維坐標數據；

步驟B：數據處理，在Matlab曲線擬合工具箱中，通過GUI傳輸三維坐標數據，以散點圖的方式進行查看；然后采用區間排除法對數據進行預處理，去除界外值、不定值和重復值；

步驟C：模擬仿真，將處理后三維坐標數據分別在xoy以及yoz平面上進行多項式曲線擬合，求得平面運動軌跡，得到方程φ(x,y)＝0,(其中，和φ(y,z)=0分別表示在xoy和yoz平面上的蠶絲運動軌跡)；然后通過兩個不平行的平面軌跡方程組求得的立體運動軌跡方程F(x,y,z)＝0，即對平面曲線進行綜合得到空間曲線最后在Matlab下對方程F(x,y,z)＝0進行仿真得到的即為家蠶吐絲行為的運動軌跡；

步驟D:行為解析，根據家蠶吐絲行為的運動軌跡方程為F(x,y,z)＝0,設在t₀時刻家蠶所處的位置為o(x₀,y₀,z₀)，若在t時刻家蠶運動到點p(x_t,y_t,z_t),通過家蠶的運動軌跡方程，可以得到家蠶在t時刻的梯度以及在時間段[t₀,t]下的路程同時可以得到家蠶在時間段[t₀,t]平均速度由于不同速度下蠶絲的理化性能不同，可以劃分多個時間段Δt₀,Δt₁,…Δt_n，分別求出各個時間段的平均速度，然后根據速度提取力學性能較強的蠶絲，同時通過梯度可以知道家蠶吐絲下一步的運動方向，有利于機械臂按照人為需求去獲取蠶絲。

2.根據權利要求1所述的家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，其特征在于：所述家蠶吐絲行為三維坐標數據是通過如下方法獲得：在放置家蠶的平臺上設置兩個攝像頭，同時采集家蠶吐絲過程中家蠶頭部吐絲口的圖像序列，然后對采集到的圖像序列進行處理，并利用視差原理求出家蠶頭部吐絲口的一系列三維坐標點；所述對圖像序列的處理是利用家蠶吐絲口的顏色信息不同于家蠶身體其他部位的特點，根據顏色信息從背景中分割出家蠶頭部吐絲口。

3.根據權利要求2所述的家蠶吐絲行為的解析與仿真方法，其特征在于：所述三維坐標點的求取步驟如下：

（1）利用兩個攝像頭同時采集到的多幅圖像，對攝像機進行標定，得到攝像機的內外參數；

（2）利用攝像機的內外參數對圖像進行畸變矯正，使用數學方法消除徑向和切線方向上的鏡頭畸變，得到無畸變圖像；

（3）對通過圖像序列處理后分割出的家蠶頭部吐絲口，分別提取兩個攝像頭采集到的家蠶吐絲口的特征點；

（4）查找兩個攝像機視場中家蠶頭部吐絲口的相同特征，求取相匹配的相同特征點的視差；

（5）最后利用圖像坐標系與世界坐標系之間的轉換關系和得到的視差值，求出該點在世界坐標系中的三維坐標。