一种多目标光学跟踪方法与流程

技术特征：

1.一种多目标光学跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：接收器分别记录各个发射器在水平X方向上发出的扫描信号与起始信号的时间差，以及各个发射器在垂直Y方向上发出的扫描信号与起始信号的时间差；

步骤2：利用步骤1的时间差计算接收器相对于m个发射器的所有图像坐标u_i和v_i，其中u_i为接收器相对于第i个发射器的水平X方向上的图像坐标，v_i为接收器相对于第i个发射器的垂直Y方向上的图像坐标，i＝1,2,3,...,m；

步骤3：将m个水平X方向上的图像坐标u_i构成集合{u_i}，m个水平Y方向上的图像坐标v_i构成集合{v_i}，从集合{u_i}和集合{v_i}中分别任选一个图像坐标u_i和v_i进行排列组合，得到接收器在一个周期内相对于m个发射器所有可能的图像坐标的组合总数S；

步骤4：从S种组合中任意选一组图像坐标，将该组中接收器对应各个发射器的估计图像坐标记为x_j，其中j＝1,2,3,...,S，表示第j种图像坐标组合；

步骤5：根据估计图像坐标x_j，利用超定线性投影方程计算接收器在第j组图像坐标组合下的理论空间三维坐标X_w：

步骤6：将接收器理论空间三维坐标X_w作为已知量代入超定线性投影方程，计算在第j种图像坐标组合情况下，接收器在m个发射器中对应的理论图像坐标x_j'；

步骤7：对第j种图像坐标组合的估计值x_j与理论值x_j'进行欧式距离评估，根据评估结果判断当前尝试的第j组图像坐标组合与实际情况是否相符；

如果相符，则步骤5中获得的接收器理论空间三维坐标X_w正确，实现对接收器的光学跟踪；

如果不相符，则进入步骤8；

步骤8：选取新的图像坐标组合，重复步骤4-7进行验证，直至找到正确的接收器三维空间坐标X_w。

2.如权利要求1所述的一种多目标光学跟踪方法，其特征在于，步骤1中所述的接收器分别记录各个发射器在水平X方向上发出的扫描信号与起始信号的时间差，以及各个发射器在垂直Y方向上发出的扫描信号与起始信号的时间差，具体步骤为：

步骤11：固定m个发射器，将接收器置于m个发射器的扫描重叠区域内；

步骤12：m个发射器同时发射一帧起始信号；

步骤13：接收器接收起始信号后，各发射器沿水平X方向对跟踪区域发射扫描信号，接收器记录水平X方向的m个扫描信号与起始信号之间的时间差tx_i；

步骤14：m个发射器再同时发射一帧起始信号；

步骤15：接收器接收起始信号后，各发射器沿垂直Y方向对跟踪区域发射扫描信号，接收器记录垂直Y方向的m个扫描信号与起始信号之间的时间差ty_i。

3.如权利要求1所述的一种多目标光学跟踪方法，其特征在于，步骤2所述的计算接收器相对于m个发射器的所有图像坐标u_i和v_i具体方法为：

利用公式(1)依次计算接收器对应m个发射器的所有图像坐标u_i和v_i：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_i=tan\left(\mathrm{\ω}t{x}_i\right)\\ v_i=tan\left(\mathrm{\ω}t{y}_i\right)\end{array}\right\}---\left(1\right)$

其中ω为已知的扫描速度。

4.如权利要求1所述的一种多目标光学跟踪方法，其特征在于，步骤3所述的m个发射器所有可能的图像坐标的组合总数S具体计算方法为：

对于m个发射器，每个接收器在水平X方向上对应各发射器的图像坐标集合{u_i}共有种排列方式，垂直Y方向上对应各发射器的图像坐标集合{v_i}同样也有种排列方式，则一个接收器在一个周期内对应的发射器图像坐标组合总数S为：

$S=A_m^m\×A_m^m={\left(A_m^m\right)}^2---\left(2\right)$

5.如权利要求1所述的一种多目标光学跟踪方法，其特征在于，步骤5所述的理论空间三维坐标X_w计算方法为：

令X_w＝X_w，X_w为接收器齐次坐标形式的空间三维坐标，其中X_w＝[X_w,1]^T，X_w＝[x,y,z]^T，X_w为接收器的非齐次形式的空间三维坐标，上标T表示矩阵转置，求解接收器与m个发射器之间的超定线性投影方程(3)，得到接收器在第j组图像坐标组合下的理论空间三维坐标X_w：

x_j＝P X_w (3)

其中P为通过初始标定获得的各个发射器对应的投影矩阵，x_j为估计图像坐标x_j对应的齐次坐标。

6.如权利要求5所述的一种多目标光学跟踪方法，其特征在于，步骤6所述的理论图像坐标x_j'计算方法为：

将步骤5中获得的接收器理论空间三维坐标X_w再次代入超定线性投影方程(3)中得到方程(4)，计算在第j种图像坐标组合情况下，接收器在m个发射器中对应的理论图像坐标x_j'：

x_j'＝P X_w (4)

7.如权利要求5所述的一种多目标光学跟踪方法，其特征在于，步骤7所述的对第j种图像坐标组合的估计值x_j与理论值x_j'进行欧式距离评估具体为：使用判别函数f(x_j)对第j种图像坐标组合的估计值x_j与理论值x_j'进行评估：

$f\left(x_j\right)=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\left|\right|x_j-x_j*|{|}_2---\left(5\right)$

其中x_j*是x_j'的非齐次坐标形式；

若判别函数f(x_j)的值小于设定阈值thresh，则当前尝试的第j组图像坐标组合与实际情况相符，完成接收器空间三维坐标的计算；

若判别函数f(x_j)的值大于设定阈值thresh，则当前尝试的第j组图像坐标组合与实际情况不符，并进入步骤8。