专利名称：浮体空间运动的单目测量方法
技术领域：
本发明属于海洋及近海工程领域，涉及一种浮体空间运动的单目测量方法，主要针对海工实验中浮体模型空间运动的测量。
目前，在海工实验中测量浮体模型运动的六分量仪必须与模型紧密固接在一起才能使用，利用机械铰接结构将浮体的空间运动转化成简单的机械运动，然后将机械运动转化为电信号进行测量，对浮体的运动起阻尼作用，极大地限制了浮体的运动范围，达不到无扰动、大范围测量的要求；另外，也可采用两套图像设备，从不同的空间位置同时获取两幅图像，利用双目视觉的方法进行测量，但需要事先确定图像设备之间的相对位置，且必须实现图像采集的同步控制，对特征图像的识别上也存在不确定性，造成了调试与使用的极大不便。
本发明的目的是设计一种浮体空间运动的单目测量方法；通过一套图像设备(即单目)获得的单一图像序列对浮体模型的空间运动进行非接触、无扰动、大范围的测量，获得浮体空间运动的旋转分量与平移分量的变化和空间运动轨迹；本发明还可以进行现场观测，如测量风浪作用下船体在泊位上的运动等。
本发明的目的是这样实现的实现本发明的测量系统由带有标志平面的浮体模型、一台成像设备(如CCD)和一台具有图像采集功能的计算机组成。标志平面上含有3个易分辨的的不共线的标志点，各点之间的距离可以精确测得。利用成像设备与计算机，获得某一时刻标志平面的单一图像。根据计算机视觉理论，在已知成像系统的视觉参数的基础上，由某一标志点的图像坐标计算出该点的相对深度，结合前面所述各标志点之间的距离，计算出各标志点的空间位置；通过获得连续的图像序列，能够计算出浮体的空间运动，从而实现本发明的测量功能。
采用本发明的效果与益处是采用一套图像设备获取单一的图像序列，对浮体模型的空间运动进行非接触、无扰动、大范围、高精度的测量，不但取消了测量设备必须与浮体模型相连的限制、扩大了测量范围，而且避免了多套图像设备之间的同步控制与相对位置的确定以及图像识别的不确定性；利用本发明，也可以进行现场观测，如测量风浪作用下船体在泊位上的运动等。
附图是计算机视觉理论中的针孔前投影模型。
以下结合附图详细叙述本发明的最佳实施例。
作为刚体，浮体的空间位置可以通过其上的3个不共线点的空间位置完全、准确地反映出来。标志平面作为浮体模型的一部分，与浮体一起运动。只要计算出标志平面上3个不共线标志点的空间位置，就可以确定浮体的空间位置。
根据计算机视觉理论，视觉系统的成像模型可以由附图所示的针孔前投影模型来表示。成像系统所在的空间坐标系以成像系统的光心0为原点、光轴为Z轴，X轴、Y轴分别与视平面坐标系的u轴、v轴平行，且光轴与视平面的交点作为视平面的原点。在任一时刻，空间某一点P(X，Y，Z)与它的像点p(u，v)之间存在如公式(1)所示的关系uv=ax00ayX/YY/Z----(1)]]>其中，ax和ay为成像系统的内部参数，只与成像系统本身的内部结构有关，这些参数可通过对成像系统的标定精确获得。
在参数已知的情况下，公式(1)提供了各点的相对深度的表达式，根据每一点的图像可以得到两个方程，即通过公式(1)，可以获得X/Z与Y/Z。
各点之间的距离作为已知条件，存在如下的等式 其中，i≠j(2)由公式(1)可以建立6个方程、公式(2)建立3个方程，9个方程求解9个未知量，可以计算出3个标志点的空间位置，从而计算出浮体的空间位置。获得连续的图像序列，可以对浮体的空间位置进行连续测量，从而得到浮体的运动变化，实现本发明的测量功能。
权利要求
1.一种浮体空间运动的单目测量方法，实现对浮体空间运动的非接触、无扰动、大范围的测量；其特征是利用一套图像设备获取单一图像实现对浮体空间位置的测量。
全文摘要
一种浮体空间运动的单目测量方法,采用一套成像设备获取浮体上3个标志点的一幅独立图像,利用计算机视觉理论并结合浮体上标志点间的距离信息,计算出浮体的空间位置,实现单目测量;通过获得连续的图像序列,实现对浮体空间运动的非接触、无扰动、大范围的测量;本发明也可以进行现场观测,如测量风浪作用下船体在泊位上的运动等。
文档编号G01C11/00GK1360197SQ0013433
公开日2002年7月24日 申请日期2000年12月18日 优先权日2000年12月18日
发明者孙鹤泉, 李广伟, 王永学, 金乃高, 王静 申请人:大连理工大学