1.一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述方法包括:在非运动刚体上定义世界坐标系,并在非运动刚体上粘贴多个标定点,确定非运动刚体上的标定点在世界坐标系上的三维坐标;
在运动目标刚体上定义局部坐标系,并在运动目标刚体上粘贴多个标定点,确定运动目标刚体上的标定点在局部坐标系上的三维坐标;
利用相机采集非运动刚体和运动目标刚体的初始图像和运动目标刚体运动过程中的序列图像;
利用初始图像中非运动刚体上的标定点的像素坐标与世界坐标的线性变换关系,求解世界坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵,以及相机坐标系原点在世界坐标系下的坐标;
利用序列图像中运动目标刚体上的标定点,求解每一帧图像中局部坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵,以及相机坐标系原点在局部坐标系下的坐标;
以相机坐标系为中介,建立每一帧图像中局部坐标系与世界坐标系之间的旋转矩阵,以及局部坐标系原点在世界坐标系下的坐标;
根据每一帧图像中局部坐标系与世界坐标系之间的旋转矩阵,以及局部坐标系原点在世界坐标系下的坐标,求解运动目标刚体运动过程中的实时位姿参数。
2.根据权利要求1所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述方法在高速相机采集图像前,还包括:调整相机的拍摄角度和拍摄距离,使相机的镜头对准非运动刚体、运动目标刚体上的标定点。
3.根据权利要求1或2所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述非运动刚体、运动目标刚体上的标定点均为至少六个,且非运动刚体、运动目标刚体上至少四个标定点不共面。
4.根据权利要求1或2所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述像素坐标与世界坐标的线性变换关系为:其中,u和v为投影点在像素坐标系中的坐标;x、y、z为标定点在世界坐标系下的坐标;Li(i=1,2,……11)为包含有相机内外参数的值。
5.根据权利要求4所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述Li(i=1,2,……11)通过求解非运动刚体上的标定点或运动目标刚体上的标定点构成的线性方程组确定,将线性方程组整理成矩阵Ax=b形式如下:其中,N为非运动刚体或运动目标刚体上标定点的数量,利用最小二乘法x=(ATA)-1ATb求解出参数Li(i=1,2,……11)。
6.根据权利要求1或2所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述世界坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵,以及相机坐标系原点在世界坐标系下的坐标,由下式确定:C=R1[W-T1]
其中,C=(Xc,Yc,Zc)T为空间点在相机坐标系下的坐标;R1为世界坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵;w=(xw,yw,zw)T为空间点的世界坐标;T1=(x0,y0,z0)T为相机坐标系原点在世界坐标系下的坐标。
7.根据权利要求1或2所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述局部坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵,以及相机坐标系原点在局部坐标系下的坐标,由下式确定:C=R2[L-T2]
其中,C=(Xc,Yc,Zc)T为空间点在相机坐标系下的坐标;R2为局部坐标系与世界坐标系T T之间的旋转矩阵;L=(xL,yL,zL) 为空间点的世界坐标;T2=(x’0,y’0,z’0)为相机坐标系原点在局部坐标系下的坐标。
8.根据权利要求1或2所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述局部坐标系与世界坐标系之间的旋转矩阵,以及局部坐标系原点在世界坐标系下的坐标,由下式确定:R1[W-T1]=R2[L-T2]
L=R3[W-T3]
其中, R1为世界坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵;R2
为局部坐标系与世界坐标系之间的旋转矩阵;R3为局部坐标系与世界坐标系之间的旋转矩阵;T1=(x0,y0,z0)T为相机坐标系原点在世界坐标系下的坐标;T2=(x’0,y’0,z’0)T为相机坐标系原点在局部坐标系下的坐标;T3=(x1,y1,z1)T为局部坐标系原点在世界坐标系下的坐标。
9.根据权利要求1或2所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述世界坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵为记为R1,所述相机坐标系原点在世界坐标系下的坐标记为T1,每一帧图像中局部坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵记为R2,所述相机坐标系原点在局部坐标系下的坐标记为T2;
R1和T1,以及R2和T2,均由以下十七个非线性方程组确定:
r11*r12+r21*r22+r31*r32=0
r11*r13+r21*r23+r31*r33=0
r12*r13+r22*r23+r32*r33=0
其中,bu=b/fu,bv=b/fv,D=-(x0r31+y0r32+z0r33),u0、v0为相机光轴与像平面的交点的像素坐标,fu、fv为单个像素在u和v方向的实际尺寸,b为相机的焦距;rij(i,j=1,2,3)为R1或R2的元素;x0、y0、z0为T1或T2中的元素,即相机坐标系原点在世界坐标系下或局部坐标系的坐标。
10.根据权利要求1或2所述的一种单目序列图像实现刚体位姿参数连续性测量方法,其特征在于:所述运动目标刚体运动过程中的位姿参数用欧拉角α、β、γ及平移向量(x1,y1,z1)T表示。