JP2001021320A - Six-degree-of-freedom motion analyzing method - Google Patents

Six-degree-of-freedom motion analyzing method

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JP2001021320A
JP2001021320A JP11196799A JP19679999A JP2001021320A JP 2001021320 A JP2001021320 A JP 2001021320A JP 11196799 A JP11196799 A JP 11196799A JP 19679999 A JP19679999 A JP 19679999A JP 2001021320 A JP2001021320 A JP 2001021320A
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Japan
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circle
rigid body
axis
motion
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JP11196799A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Matsumoto
尚之 松本
Hiromitsu Kawazoe
博光 川添
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analysis method analyzing the 6-degree of freedom motion of a rigid body by using image data picked up from only one direction. SOLUTION: In this analyzing method, a reference circle 10 is set in a unified body with a rigid body, a reference point 20 is formed on the circle 10, and the image of the point 20 is picked up intermittently at fine time intervals by using a fixed camera. From image data of the reference circle 10 and the reference point 20 which are obtained every moment, the center coordinate and the rotation angle of the reference circle 10 are calculated in order. Thereby 3-degree-of-freedom translation and 3-degree-of-freedom rotational motion of the rigid body are analyzed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラで撮影され
た画像データをもとに、非接触で剛体の運動を解析する
方法に係り、特に、1方向のみから撮影された画像に基
づいて行う6自由度運動解析方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for analyzing the motion of a rigid body in a non-contact manner based on image data taken by a camera, and more particularly to a method for analyzing a rigid body based on an image taken from only one direction. The present invention relates to a 6-DOF motion analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術】航空機やロケット、自動車などの研究開
発において、剛体に働く空気力を知ることは重要であ
り、これまでは主に風洞を使った実験により求められて
きた。力を求めるために天秤や、圧力センサ[文献1,
2参照]、また変位を求めるためのポテンショメータな
どが用いられるが、センサからの導線や変位の検出機構
による摩擦、慣性などが運動に影響を与えることがあ
る。また、変位の検出方法によっては運動の自由度が制
限されることもある。そこで、運動やその自由度に影響
を与えない非接触な測定方法[文献3参照]の一つである
画像データによる運動解析は、大変有用な手段となる。
2. Description of the Related Art In research and development of aircraft, rockets, automobiles, and the like, it is important to know the aerodynamic force acting on a rigid body, and until now, it has mainly been determined by experiments using a wind tunnel. To find the force, use a balance or pressure sensor [Ref.
2], and a potentiometer or the like for obtaining displacement is used, but friction or inertia caused by a lead wire from a sensor or a mechanism for detecting displacement may affect the movement. In addition, the degree of freedom of movement may be limited depending on the displacement detection method. Therefore, a motion analysis using image data, which is one of the non-contact measurement methods that do not affect the motion and the degree of freedom [see Reference 3], is a very useful means.

【0003】ところで、地震や紛争地域においては、航
空機からの空中投下によって救援物資の供給がなされる
ことが多い。医療用などの精密機器の供給、正確な地点
への物資の投下のためには、落下剛体の運動を制御し軟
着陸させるような技術が必要である。また、宇宙往還機
が大気圏に再突入する際の姿勢制御の観点からも、空気
力を受けて落下する剛体の運動解析が重要である。これ
までに、非定常運動を落下剛体に関する研究はなされて
いるが、鉛直平面内など運動の自由度が限られているこ
とが多い[文献4,5参照]。
[0003] In an earthquake or conflict area, relief supplies are often supplied by airdrop from an aircraft. In order to supply precision equipment such as medical equipment and to drop supplies to precise locations, techniques that control the movement of the falling rigid body and make it soft landing are required. Also, from the viewpoint of attitude control when the spacecraft re-enters the atmosphere, it is important to analyze the motion of a rigid body that falls under aerodynamic forces. Until now, studies on falling rigid bodies with unsteady motion have been conducted, but the degree of freedom of motion is limited in many cases, such as in a vertical plane [see References 4 and 5].

【0004】非接触で運動に影響を与えない画像を利用
する解析方法としては、2方向からの撮影によって得ら
れた画像データを利用する方法が実用化されている。こ
の解析方法は、剛体上に複数個の参照点を設置し、2方
向から画像に生じる視差を利用して剛体の位置と回転角
とを計算する方法であり、原理的には3角測量に近い手
法である。
[0004] As an analysis method using an image that does not affect the movement without contact, a method that uses image data obtained by photographing from two directions has been put to practical use. This analysis method is a method in which a plurality of reference points are set on a rigid body, and the position and rotation angle of the rigid body are calculated using disparity generated in the image from two directions. This is a close approach.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、2台のカメラで撮影される画像を同期さ
せなければならず、作業が煩雑である上に難しいという
問題があり、また、高価な高速度カメラが2台必要であ
って、実験・計測費用がかさむということも問題であっ
た。
However, in the above-mentioned conventional method, the images taken by the two cameras must be synchronized, so that the operation is complicated and difficult, and the cost is high. Another problem is that two high-speed cameras are required, and the cost of experiments and measurements increases.

【0006】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、1方向のみから撮影された画像デー
タにより、剛体の6自由度運動を解析する解析方法を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an analysis method for analyzing a six-degree-of-freedom motion of a rigid body using image data taken from only one direction. I do.

【0007】本発明の解析方法により、非接触で運動に
影響を与えない形で得られる剛体の運動(位置と回転デ
ータ)解析結果に、従来手法の差分法や多項式近似法を
適用すれば、剛体の加速度や、空気中を落下する剛体に
作用する空気力を算出することができる。
According to the analysis method of the present invention, if a difference method or a polynomial approximation method of a conventional method is applied to the analysis result of the motion (position and rotation data) of a rigid body obtained in a non-contact manner and without affecting the motion, The acceleration of the rigid body and the aerodynamic force acting on the rigid body falling in the air can be calculated.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、剛体と一体に参照円を設置し、該参照円上に少なく
とも3個の参照点を形成し、前記剛体の空間移動中に、
前記参照点の画像を固定された1台のカメラを用いて微
小時間間隔で断続的に撮影し、時々刻々得られる前記参
照点の画像データから、前記参照円の中心位置座標と前
記参照円の空間における回転角とを逐次計算し、前記剛
体の3自由度の並進運動と3自由度の回転運動とを解析
することを特徴とする6自由度運動解析方法である。
According to the first aspect of the present invention, a reference circle is provided integrally with a rigid body, and at least three reference points are formed on the reference circle. ,
The image of the reference point is intermittently photographed at a minute time interval using a single fixed camera, and from the image data of the reference point obtained every moment, the center position coordinates of the reference circle and the coordinates of the reference circle are obtained. A six-degree-of-freedom motion analysis method characterized by sequentially calculating a rotation angle in space and analyzing a translational motion having three degrees of freedom and a rotational motion having three degrees of freedom of the rigid body.

【0009】この解析方法によれば、1方向からの撮影
のみで剛体の6自由度運動解析が可能となる。
According to this analysis method, a six-degree-of-freedom motion analysis of a rigid body can be performed only by photographing from one direction.

【0010】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の6自由度運動解析方法において、前記画像データと、
下記表で定義される記号とを参照し、前記少なくとも3
個の参照点から3個の参照点を選んで1組とし、1組3
個の参照点の各(x,z)座標と、前記参照円が傾斜し
て形成される楕円の長軸がx軸となす角であるφとを求
め、これら数値を順次下記式(7)〜(12)に代入
し、さらに、算出された前記参照円の半径rと、予め較
正された収縮率Rとからy0を求め、前記参照円の6個
の空間パラメータである中心座標(x0,y0,z0)と
3方向回転角(θ,φ,γ)とを求めることを特徴とす
る請求項1に記載の6自由度運動解析方法。
According to a second aspect of the present invention, in the six-degree-of-freedom motion analysis method according to the first aspect, the image data and
With reference to the symbols defined in the table below, said at least 3
Three reference points are selected from the three reference points to form one set, and one set 3
The (x, z) coordinates of the reference points and φ, which is the angle between the major axis of the ellipse formed by inclining the reference circle and the x-axis, are obtained, and these values are sequentially calculated by the following equation (7). substituted to (12), further, the radius r of the reference circle is calculated to obtain the y 0 and a pre-calibrated shrinkage R, 6 pieces of the center coordinate is a spatial parameter of the reference circle (x 0 , y 0 , z 0 ) and a three-direction rotation angle (θ, φ, γ) are obtained.

【表2】 [Table 2]

【数13】 (Equation 13)

【数14】 [Equation 14]

【数15】 (Equation 15)

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 (Equation 18)

【0011】請求項2に記載の解析方法は、請求項1に
記載される解析方法の概念を具現化したものである。
An analysis method according to a second aspect embodies the concept of the analysis method according to the first aspect.

【0012】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の6自由度運動解析方法において、前記参照点を、3個
1組として前記参照円上に複数組形成し、該各組の参照
点に請求項2に記載の計算方法を適用して、前記参照円
に関する前記空間パラメータ(x0,y0,z0),
(θ,φ,γ)を当該組数分計算し、対応する当該組数
の空間パラメータをそれぞれ平均して1組の空間パラメ
ータ概要値を求め、下記式(1)〜(6)に前記空間パ
ラメータ概要値を微小刻みだけずらした数値を代入して
新たに前記複数組の各参照点の(x,y,z)座標を計
算し、その点を中心として所定微小半径の第1円を描
き、一方で画像上の同一参照点を中心として第1円と同
一微小半径の第2円を描き、前記第1円と前記第2円と
の重複面積を全ての参照点について求め、前記重複面積
の合計が最大となるように前期微小刻みを決定して前記
概要値からの補正を行うことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the six-degree-of-freedom motion analysis method according to the second aspect, a plurality of sets of the reference points are formed on the reference circle as a set of three points. Applying the calculation method according to claim 2 to a reference point, the spatial parameters (x 0 , y 0 , z 0 ) for the reference circle,
(Θ, φ, γ) is calculated for the number of sets, and the spatial parameters of the corresponding number of sets are averaged to obtain one set of spatial parameter summary values. The (x, y, z) coordinates of each of the plurality of sets of reference points are newly calculated by substituting numerical values obtained by shifting the parameter outline values by minute increments, and a first circle having a predetermined minute radius is drawn around the points. On the other hand, a second circle having the same minute radius as the first circle is drawn around the same reference point on the image, and the overlapping area between the first circle and the second circle is obtained for all the reference points. Is determined in such a manner as to maximize the sum of, and correction is performed from the summary value.

【数19】 [Equation 19]

【数20】 (Equation 20)

【数21】 (Equation 21)

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【数24】 (Equation 24)

【0013】この解析方法によれば、前記参照点を複数
組使用することによって、参照点が3個(1組)のみの
場合より、測定精度を向上させることが可能である。請
求項3は、複数組の参照点に関して得られたデータか
ら、どのようにして、最小誤差の結果を導き出すかにつ
いても記載するものである。
According to this analysis method, by using a plurality of sets of the reference points, it is possible to improve the measurement accuracy as compared with a case where there are only three reference points (one set). Claim 3 also describes how to derive a minimum error result from data obtained for a plurality of sets of reference points.

【0014】請求項4に記載の発明は、請求項1から3
のいずれかに記載の6自由度運動解析方法において、前
記剛体には、側面に参照円を有する円筒体が設置されて
いることを特徴とする。
[0014] The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.
In the six-degree-of-freedom motion analysis method described in any one of the above, the rigid body is provided with a cylindrical body having a reference circle on a side surface.

【0015】この解析方法に記載のように、剛体に円筒
体を設置することは容易であり、かつ精度良く参照円を
設けることができる。
As described in this analysis method, it is easy to install a cylindrical body on a rigid body, and a reference circle can be provided with high accuracy.

【0016】請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
の6自由度運動解析方法において、前記円筒体の側面に
は、複数の参照円が形成されていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the six-degree-of-freedom motion analysis method according to the fourth aspect, a plurality of reference circles are formed on a side surface of the cylindrical body.

【0017】この解析方法によれば、複数の参照円を備
えているので、特に、剛体の回転角度に関して、測定精
度を向上させることができる。
According to this analysis method, since a plurality of reference circles are provided, it is possible to improve the measurement accuracy, particularly for the rotation angle of the rigid body.

【0018】請求項6に記載の発明は、請求項1から5
のいずれかに記載の6自由度運動解析方法において、前
記剛体の重心から前記参照円の中心点までの距離と、前
記参照円に関して得られた計算結果とから、前記剛体の
重心の位置を逐次計算することを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the invention according to claims 1 to 5
In the six-degree-of-freedom motion analysis method according to any one of the above, the position of the center of gravity of the rigid body is sequentially determined from the distance from the center of gravity of the rigid body to the center point of the reference circle, and the calculation result obtained for the reference circle. It is characterized by calculating.

【0019】一般的に参照円は、剛体の重心から離隔し
ているが、この解析方法によれば、最も知りたい剛体の
重心の運動を記述することができ、これをもとに、剛体
に作用する空気力等を求めることができる。
In general, the reference circle is separated from the center of gravity of the rigid body. However, according to this analysis method, the motion of the center of gravity of the rigid body that the user wants to know most can be described. The acting aerodynamic force can be determined.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明で提案する1方向か
らの画像データをもとにした剛体の6自由度運動解析方
法について、従来の、2方向からの画像データによる方
法との比較実験結果を含めて、詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a comparative experiment on a 6-DOF motion analysis method for a rigid body based on image data from one direction proposed in the present invention is compared with a conventional method using image data from two directions. This will be described in detail including the results.

【0021】本発明では、空気力を受けて非定常運動を
行う落下剛体に作用する時々刻々の力を知ることを目的
に、1方向からの画像データのみにより、その運動を解
析する方法の確立を目指した。さらに、この方法を用い
て、気流中で自由に運動する剛体の運動解析を行った。
本発明で扱う運動は、空間の並進3自由度、各軸回りの
回転3自由度の合計6自由度運動である。なお、解析の
具体的対象物としては、四角錐形状の剛体を用い、これ
を鉛直上方への気流中において自由落下させ、そのとき
の運動(座標値と回転角)および、それに作用する空気
力、モーメントを解析した。
According to the present invention, a method for analyzing the motion of a falling rigid body which performs an unsteady motion by receiving pneumatic force by using only image data from one direction is established for the purpose of knowing the momentary force acting on the falling rigid body. Aimed at. Furthermore, using this method, the motion analysis of a rigid body that freely moves in an air flow was performed.
The motion handled in the present invention is a motion having a total of six degrees of freedom, including three degrees of freedom in translation of space and three degrees of rotation around each axis. As a specific object to be analyzed, a quadrangular pyramid-shaped rigid body was used, which was allowed to fall freely in the airflow vertically upward, and the movement (coordinate values and rotation angle) at that time and the aerodynamic force acting on it , And analyzed the moment.

【0022】〔1方向からの画像データによる解析方法
の原理〕測定物体が剛体の場合、剛体上に設けられた複
数の点(参照点)の相対位置関係は、剛体の運動中も不
変である。そこで、1方向から撮影した画像(x-z平
面)上の参照点(測定点)群に相関理論[文献5参照]を
適用し、剛体の6自由度運動解析を行う。
[Principle of Analysis Method Based on Image Data from One Direction] When the measurement object is a rigid body, the relative positional relationship between a plurality of points (reference points) provided on the rigid body does not change during the movement of the rigid body. . Therefore, the correlation theory [see Reference 5] is applied to a group of reference points (measurement points) on an image (xz plane) photographed from one direction, and a 6-DOF motion analysis of a rigid body is performed.

【0023】図1に示すように、本実施形態では、相関
適用のモデルとして参照円10を用いた。参照円10の
円周上には、参照点20を設ける。例えば、初期位置と
してx-y平面にある参照円10を、図1(a)に示す
ようにz軸回りに角度γ、(b)に示すようにx軸回り
に角度φ、(c)に示すようにy軸回りに角度θだけ順
次回転させる。その後各軸方向に並進移動させて画像上
の参照点20が得られるものとする。ここで図2に示す
ように、参照円10の円周上に設置した3個の参照点A
(20a),B(20b),C(20c)を、各軸回り
に回転した後の各点のxとz の座標値は、式(1)〜
(6)のように表すことができる。ここで、x0,z0
参照円10の中心座標、rは参照円10の半径を示す。
前記式(1)〜(6)を使って、x0,y0,r,γ,θ
について解くと、前記記式(7)〜(12)を得る。残
る最後のパラメータφは、参照円10が傾斜して形成さ
れる楕円の長軸がx軸となす角として、測定した画像デ
ータから直接求めることができる。1方向からの撮影で
は、奥行き(y軸)方向変位が直接測定できないため、
本発明では、奥行き方向変位に伴い変化する参照円10
の半径rを利用して求める。すなわち、奥行き方向変位
量と、参照円の画像上の半径rの値を実寸法r0で割っ
た収縮率R=(r/r0)との関係を予め求めておき、画
像データで得られた収縮率Rから奥行き方向の変位
(y)を決定する。予め求められた、奥行き方向変位
(y)と収縮率Rとの関係の一例を図3に示す。変位
(y)と収縮率Rとの間には線形な関係が成立してお
り、収縮率Rから奥行き方向の変位(y)を求めること
が可能であることが分かる。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, a reference circle 10 is used as a model for applying a correlation. A reference point 20 is provided on the circumference of the reference circle 10. For example, a reference circle 10 located on the xy plane as an initial position is turned into an angle γ around the z-axis as shown in FIG. 1A, an angle φ around the x-axis as shown in FIG. As shown, the image is sequentially rotated by an angle θ about the y-axis. After that, it is assumed that the reference point 20 on the image is obtained by being translated in each axis direction. Here, as shown in FIG. 2, three reference points A installed on the circumference of the reference circle 10
After rotating (20a), B (20b), and C (20c) around each axis, the coordinate values of x and z at each point are given by equations (1) to (4).
It can be expressed as (6). Here, x 0 and z 0 indicate the center coordinates of the reference circle 10, and r indicates the radius of the reference circle 10.
Using the equations (1) to (6), x 0 , y 0 , r, γ, θ
Is solved, the above equations (7) to (12) are obtained. The remaining parameter φ can be obtained directly from the measured image data as the angle formed by the long axis of the ellipse formed by inclining the reference circle 10 and the x-axis. In shooting from one direction, the displacement in the depth (y-axis) direction cannot be directly measured.
In the present invention, the reference circle 10 that changes with the displacement in the depth direction is used.
Using the radius r of That is, the relationship between the amount of displacement in the depth direction and the contraction rate R = (r / r 0 ) obtained by dividing the value of the radius r of the reference circle on the image by the actual dimension r 0 is obtained in advance, and is obtained from the image data. The displacement (y) in the depth direction is determined from the contraction rate R. FIG. 3 shows an example of the relationship between the displacement (y) in the depth direction and the shrinkage ratio R obtained in advance. A linear relationship is established between the displacement (y) and the contraction rate R, and it can be seen that the displacement (y) in the depth direction can be obtained from the contraction rate R.

【0024】画像データによる測定は、図2に示す位置
関係の参照点20a・20b・20cを複数組用意し、
前記式(7)〜(12)より求めた各空間パラメータの
平均を概要値と置く。前記式(1)〜(6)により各点
に同じ変位と回転を与えることができるので、概要値か
ら微小刻みに各パラメータを変化させ、計算上求まる各
点の位置が画像データにより測定した各点の位置座標に
最も近づいたときの変位・回転角度を解とする。最も近
づいたときの判断基準として、計算により求まる参照点
位置を中心とする半径2ピクセルの第1円を描き、一方
で画像上の同一参照点を中心として同じく半径2ピクセ
ルの第2円を描き、前記第1円と前記第2円との重複面
積(相関値)を全ての参照点について求め、その合計が
最大となるときの変位および回転角度を求める。これ
は、複数組の参照点を用いて、より精度良く変位および
回転角度を決定するためである。
For measurement using image data, a plurality of sets of reference points 20a, 20b, and 20c having a positional relationship shown in FIG.
The average of the respective spatial parameters obtained from the equations (7) to (12) is set as a summary value. Since the same displacement and rotation can be given to each point by the formulas (1) to (6), each parameter is changed in small steps from the outline value, and the position of each point obtained by calculation is determined by image data. The displacement / rotation angle when the position is closest to the position coordinates of the point is defined as a solution. As a criterion for the closest approach, a first circle having a radius of 2 pixels centered on the reference point position obtained by calculation is drawn, while a second circle having the same radius of 2 pixels is drawn centered on the same reference point on the image. , The overlapping area (correlation value) of the first circle and the second circle is obtained for all the reference points, and the displacement and the rotation angle when the sum is maximum is obtained. This is because the displacement and the rotation angle are determined with higher accuracy by using a plurality of sets of reference points.

【0025】〔実験概要〕1方向からの撮影による解析
のために、剛体に設置される円筒体2を図4に示す。円
筒体2上には、3本の参照円11・12・13を設け、
各円周上にはπ/8間隔に16点、合計48点の参照点を
置いた。参照円同士の間隔は30mmにした。画像データ測
定では、参照円12上にπ/4間隔の3個の参照点と、そ
の3個の参照点をπ/8回転した位置にある3個の参照
点、同様に30mm上下に隔たれた参照円11・13の円周
上の参照点も含め、計18点の参照点を相関の解析に用
いた。剛体の運動は、2台のビデオカメラ5・6(SONY
製,TRV9,TRV5(登録商標))を、光軸が直交するよう
設置して撮影した(図9参照)。今回考案した解析方法
では、ビデオカメラは1台のみでよい。本実験におい
て、2台設置した理由は、2方向からの画像データを用
いる従来方法と、解析結果を比較するためである。ここ
で、画像データから測定した18点の参照点の(x,
z)座標は前記式(7)〜(12)により6通りの解が
得られるので、それらの平均値を概要値と置いた。そし
て前記式(1)〜(6)により、18点に同じ変位と回
転を与えることができるので、概要値から微小刻みに各
変位を変化させ、計算上求まる18点の位置が画像デー
タにより測定した18点の位置座標に最も近くなる時の
変位・回転角を求めた。
[Experiment Outline] FIG. 4 shows a cylindrical body 2 installed on a rigid body for analysis by photographing from one direction. On the cylindrical body 2, three reference circles 11, 12, 13 are provided,
A total of 48 reference points were placed on each circumference at 16 intervals at π / 8. The distance between the reference circles was 30 mm. In the image data measurement, three reference points at intervals of π / 4 on the reference circle 12 and three reference points at positions obtained by rotating the three reference points by π / 8 are similarly separated by 30 mm up and down. A total of 18 reference points including the reference points on the circumference of the reference circles 11 and 13 were used for the analysis of the correlation. The movement of the rigid body is performed by two video cameras 5.6 (SONY
And TRV9, TRV5 (registered trademark)) were installed with their optical axes orthogonal to each other and photographed (see FIG. 9). In the analysis method devised this time, only one video camera is required. In this experiment, the reason why two units were installed was to compare the analysis result with the conventional method using image data from two directions. Here, 18 reference points (x,
z) Six kinds of solutions can be obtained for the coordinates by the above equations (7) to (12), and the average value thereof is set as the outline value. Since the same displacement and rotation can be given to 18 points by the above equations (1) to (6), each displacement is changed in small increments from the outline value, and the positions of the 18 points calculated are measured by image data. The displacement / rotation angle at which the position coordinates become closest to the position coordinates of the 18 points was determined.

【0026】今回、落下実験の供試体として使用した四
角錐体1を図5に示す。四角錐体1は、一辺が220mmの
正方形の底面を有し、頂角が120°であり、材質はアル
ミニウム、質量は330gである。四角錐体1上には画像デ
ータ解析のための参照点が設置してある。すなわち、2
台のカメラを用いる従来方法用の球形マーカー3、およ
び1方向からの撮影による方法のための円筒体2と参照
円11・12・13および各参照円上に参照点が設置さ
れている。実験は、この四角錐体1を気流中に解放する
が、気流から逸脱して壁などへ衝突した場合の破損を防
ぐため、直径が0.3mmのナイロン糸を、運動に影響を及
ぼさないように取り付けてある。実験中、ナイロン糸は
たわんだ状態であり、糸の質量、張力等による影響は無
視できると判断した。
FIG. 5 shows a quadrangular pyramid 1 used as a specimen for the drop experiment. The quadrangular pyramid 1 has a square bottom surface with a side of 220 mm, an apex angle of 120 °, a material of aluminum, and a mass of 330 g. A reference point for image data analysis is provided on the quadrangular pyramid 1. That is, 2
A spherical marker 3 for the conventional method using a single camera, and a cylindrical body 2 and a reference circles 11, 12, and 13 for a method by imaging from one direction, and reference points are set on each reference circle. In the experiment, this quadrangular pyramid 1 is released into the airflow, but in order to prevent breakage when it deviates from the airflow and collides with a wall, a nylon thread with a diameter of 0.3 mm is used so as not to affect the movement. It is attached. During the experiment, the nylon yarn was in a warped state, and it was determined that the effects of the yarn mass, tension, and the like were negligible.

【0027】〔重心位置の測定〕四角錐体1の重心位置
の測定は、図6に示すように画像を利用して行った。剛
体を適当な1点で吊り下げ、鉛直線と重ねたとき、剛体
の重心CGは鉛直線上に位置する。これを異なる方向か
らも行い重心位置を測定した。このようにして求めた重
心の位置を図7に示す。
[Measurement of the position of the center of gravity] The position of the center of gravity of the quadrangular pyramid 1 was measured using an image as shown in FIG. Rigid and suspended in a suitable point, when superimposed on the vertical line, the center of gravity C G Rigid located on the vertical line. This was performed from different directions, and the position of the center of gravity was measured. FIG. 7 shows the position of the center of gravity thus determined.

【0028】〔慣性モーメントの算出〕剛体の重心を通
るζ軸回りの慣性モーメントは,重心を通らずかつζ軸
に平行な、ある固定軸回りの単振動の周期から実験的に
求められる。すなわち、複振り子とみなした剛体のζ軸
回りの慣性モーメントIζは、剛体の質量をM、重心と
固定軸との距離をd、ある固定軸回りの単振動の周期を
T、重力加速度をgとすると、下記式(13)で与えら
れる。
[Calculation of Moment of Inertia] The moment of inertia about the ζ axis passing through the center of gravity of the rigid body is determined experimentally from the period of a single vibration about a certain fixed axis that does not pass through the center of gravity and is parallel to the ζ axis. That is, the {moment of inertia I around the axis of a rigid body regarded as a double pendulum is M, the mass of the rigid body is M, the distance between the center of gravity and the fixed axis is d, the period of a simple vibration around a fixed axis is T, and the gravitational acceleration is g. Then, it is given by the following equation (13).

【数25】 (Equation 25)

【0029】四角錐体1の重心を通るX,Y,Z各軸回
りの慣性モーメントIX,IY,IZを求めるため、重心
から離れた各軸に平行な固定軸回りの単振動を行い,振
動の周期を求めた。四角錐体1は横方向から見たとき、
X軸・Y軸方向では同じ形状であるから、IX=IYであ
る。重心から 0.110m 離れたX軸に平行な固定軸回りの
振動の周期TXが0.736secであり、M=0.330kg,d1
0.110m であるので、X軸,Y軸回りの慣性モーメント
は、 IX=IY=4.87×10-3 kgm2 となる。また、重心から 0.56m 離れたZ軸に平行な固
定軸回りの周期Tzは0.733secとなり、M=0.330kg,d
2=0.056mであるので、Z軸回りの慣性モーメントは、 Iz=2.47×10-3 kgm2 となる。従って、四角錐体1の慣性モーメントは、ピッ
チング方向がヨーイング方向より比較的大きいことが分
かった。
In order to obtain the moments of inertia I X , I Y , and I Z around the X, Y, and Z axes passing through the center of gravity of the quadrangular pyramid 1, a simple vibration about a fixed axis parallel to each axis away from the center of gravity is obtained. Then, the cycle of vibration was obtained. When the quadrangular pyramid 1 is viewed from the lateral direction,
Since the shapes are the same in the X-axis and Y-axis directions, I X = I Y. The period T X of the vibration about the fixed axis parallel to the X axis at 0.110 m away from the center of gravity is 0.736 sec, M = 0.330 kg, d 1 =
Since it is 0.110 m, the moment of inertia about the X axis and the Y axis is I X = I Y = 4.87 × 10 −3 kgm 2 . Further, the period T z about the fixed axis parallel to the Z axis at a distance of 0.56 m from the center of gravity is 0.733 sec, and M = 0.330 kg, d
Since at 2 = 0.056 M, inertia moment about the Z-axis becomes I z = 2.47 × 10 -3 kgm 2. Therefore, it was found that the moment of inertia of the quadrangular pyramid 1 was relatively larger in the pitching direction than in the yawing direction.

【0030】〔実験装置〕剛体の落下実験は、図9に示
すように、鉛直上方へ吹出し口を有する風洞4の気流中
へ、四角錐体1を解放することで自由落下を模擬した。
風洞出口は495×495mmの大きさであり、風速の調整は風
路の途中に設けたバイパスの開閉で行った。なお、風洞
吹出し口の上流には、整流のためのハニカムとメッシュ
が設置してある。実験に先立ち、測定部における風速分
布を調べた。その結果を図8に示す。風速はピトー静圧
管とゲッチンゲン式マノメータを用い、風洞出口上方6c
mと22cm とで測定した。その結果、ほぼ風洞出口全域で
平坦な風速分布が得られ、落下実験を模擬できることが
分かった。
[Experimental Apparatus] In the drop test of the rigid body, as shown in FIG. 9, the free fall was simulated by releasing the quadrangular pyramid 1 into the airflow of the wind tunnel 4 having the outlet vertically upward.
The wind tunnel exit was 495 x 495 mm in size, and the wind speed was adjusted by opening and closing a bypass provided in the middle of the wind path. In addition, a honeycomb and a mesh for rectification are installed upstream of the wind tunnel outlet. Prior to the experiment, the wind speed distribution in the measuring section was examined. FIG. 8 shows the result. The wind speed was measured using a Pitot static pressure tube and a Göttingen manometer.
Measured at m and 22 cm. As a result, it was found that a flat wind speed distribution was obtained almost all over the exit of the wind tunnel, and that a drop test could be simulated.

【0031】運動の様子は、図9に示すように、2台の
デジタルビデオカメラ5・6(SONY製,TRV5,TRV9(登
録商標))を用いて撮影された。但し、前述したよう
に、本発明による解析方法に必要なものは、その内の1
台である。ビデオカメラ5・6は、それぞれの光軸が絶
対座標系のX軸,Y軸に一致するように照準器を用いて
設置した。照準器内の原点に相当する参照点の高さと方
向を一致させ、参照点を画像の中心で捉えることで2台
のカメラ光軸を直交して設置した。2台のデジタルビデ
オカメラ5・6はリモートコントローラーを利用し、同
時に録画をスタートでき、さらにストロボスコープ7を
使って異なる2方向からの画像データの時間的同期を図
った。
As shown in FIG. 9, the state of the exercise was photographed using two digital video cameras 5 and 6 (manufactured by SONY, TRV5 and TRV9 (registered trademark)). However, as described above, what is necessary for the analysis method according to the present invention is one of them.
It is a stand. The video cameras 5 and 6 were installed using sights so that the respective optical axes coincided with the X axis and the Y axis of the absolute coordinate system. The heights and directions of the reference points corresponding to the origins in the sight were made to coincide with each other, and the two camera optical axes were installed orthogonally by capturing the reference points at the center of the image. The two digital video cameras 5 and 6 can use a remote controller to start recording at the same time, and use a stroboscope 7 to time-synchronize image data from two different directions.

【0032】〔剛体の運動の表現〕 〔静止座標系と剛体に固定した座標系〕剛体の運動を記
述するとき、例えば絶対座標系からの変位量をもとに加
速度、力を算出する。本実験では6自由度運動する剛体
を解析するため、剛体の位置、姿勢の記述には6つのパ
ラメータが必要になる。すなわち、絶対座標系の原点か
らの剛体重心の並進変位、重心を通る各軸回りの回転角
である。そこで四角錐体1の計測に際し、図10に示す
ようにX,Y,Z軸を定義した。この絶対座標系は、四
角錐体1が無風状態でナイロン糸に吊るされた状態おけ
る重心CGの位置を原点としており、回転変位を求める
にあたっては、絶対座標系の各軸回りにZ軸→X軸→Y
軸の順に回転させて、撮影された四角錐体の姿勢に一致
したときの変位とした。さらに、四角錐体に座標を固定
した座標軸すなわち機体軸回りの変位も求めた。これは
剛体の姿勢を、絶対座標系の各軸回りの変位として求め
た後、次に機体軸回りの変位に変換した。
[Expression of Rigid Body Motion] [Static Coordinate System and Coordinate System Fixed to Rigid Body] When describing the motion of a rigid body, for example, acceleration and force are calculated based on the displacement from the absolute coordinate system. In this experiment, since a rigid body that moves with six degrees of freedom is analyzed, six parameters are required to describe the position and orientation of the rigid body. That is, the translational displacement of the rigid center of gravity from the origin of the absolute coordinate system, and the rotation angle around each axis passing through the center of gravity. Therefore, when measuring the quadrangular pyramid 1, the X, Y, and Z axes were defined as shown in FIG. The absolute coordinate system, quadrangular pyramid body 1 has a position where definitive centroid C G was suspended nylon yarn as the origin in still air, when determining the rotational displacement is Z axis to each axis of the absolute coordinate system → X axis → Y
The rotation was performed in the order of the axes, and the displacement was determined when the posture coincided with the posture of the photographed quadrangular pyramid. Further, the displacement around a coordinate axis in which the coordinates were fixed to the quadrangular pyramid, that is, the body axis was also obtained. In this method, the posture of the rigid body was obtained as displacements around each axis of the absolute coordinate system, and then converted into displacements around the body axis.

【0033】〔関数近似を利用した加速度の導出〕剛体
の運動を、画像やポテンショメータなどを用いて測定
し、時系列にその位置の変化が得られたとき、そこから
加速度、力を算出する一つの方法に差分法がある。一例
として、ある時刻の加速度2階微分(2階微分)を与え
る4次精度の中心差分は以下の式(14)で与えられ
る。
[Derivation of Acceleration Using Function Approximation] The motion of a rigid body is measured using an image, a potentiometer, or the like, and when a change in the position is obtained in a time series, the acceleration and force are calculated therefrom. One method is the difference method. As an example, the center difference of the fourth order accuracy that gives the acceleration second derivative (second derivative) at a certain time is given by the following equation (14).

【数26】 ここで、uj-2,uj-1,uj,uj+1,uj+2 は、時系列に得
られた値、hは時間刻み幅、O(h4)は誤差である。一
般に得られた測定値…uj-1,uj,uj+1…には誤差を含ん
でおり、時間刻み幅hが比較的小さいとき、差分により
その誤差を増大させることがある。図11は、剛体の位
置をポテンショメータを利用して5msの時間間隔で測定
し、4次精度の中心差分を行った結果である[文献7参
照]。得られた加速度は不自然な振動を呈し、力の導
出、解析には不都合である。ここで、差分に用いる測定
値をuj-4,uj-2,uj,uj+2,uj+4 のようにデータを一
つ飛んで、時間刻み幅が2hとなるように時間分解能を
下げた差分を行うと振動をかなり抑えることができる。
図12は差分の時間間隔を1/5(5Δt),1/8(8Δt),1/10
(10Δt),1/15(15Δt) とした結果であり、時間間隔が
大きくなるにつれて振動が抑えられているが、同時にピ
ーク値も平坦化される。どの程度の時間刻み幅が最適な
のかは、今後の課題でもある。
(Equation 26) Here, u j−2 , u j−1 , u j , u j + 1 , and u j + 2 are values obtained in time series, h is a time interval, and O (h 4 ) is an error. . Generally, measured values... U j−1 , u j , u j + 1 ... Include errors, and when the time interval h is relatively small, the errors may increase due to differences. FIG. 11 shows the result of measuring the position of the rigid body at a time interval of 5 ms using a potentiometer and performing the center difference with the fourth order accuracy [see Reference 7]. The obtained acceleration exhibits an unnatural vibration, which is inconvenient for deriving and analyzing the force. Here, the measured value used for the difference is skipped by one data such as u j-4 , u j-2 , u j , u j + 2 , u j + 4 so that the time step width becomes 2h. By performing the difference with reduced time resolution, the vibration can be considerably suppressed.
FIG. 12 shows the time intervals of the differences as 1/5 (5Δt), 1/8 (8Δt), 1/10
(10Δt), 1/15 (15Δt). The vibration is suppressed as the time interval increases, but the peak value is also flattened at the same time. The optimal time step size is also an issue for the future.

【0034】別の方法として、フィルターをかけてから
差分を行う、フーリエ解析の利用も試みた。すなわち、
フーリエ変換を行い高周波の成分を削除し、逆フーリエ
変換によってフィルターをかけた軌跡を得る。しかし、
フィルターをかけた後の軌跡の差分結果は、先と同様に
サンプリング周波数に依存した振動を呈する(図1
3)。
As another method, an attempt was made to use Fourier analysis in which a difference is applied after filtering. That is,
Fourier transform is performed to remove high-frequency components, and a trajectory filtered by inverse Fourier transform is obtained. But,
The difference result of the trajectory after the filtering exhibits oscillation depending on the sampling frequency as before (FIG. 1).
3).

【0035】そこで、剛体の運動は連続的で滑らかであ
ると考え、関数近似を利用した。運動の軌跡を連続関数
である多項式によって表現し、それを微分して速度、加
速度を求める[文献8,9参照]。図14は、鉛直平面内
で3自由度運動を行う上反角を有する平板の落下模擬実
験における運動の軌跡を示す。近似する際の多項式の次
数は、データ点数より一つ少ない次数まで可能である。
この軌跡を40次、19次、13次の異なる次数の多項式を用
いて表現し、それぞれを微分して加速度を導出した。軌
跡の表現において、多項式の次数による違いはほとんど
見られなかったが、導出された加速度では次数による違
いが見られた。これを図15に示す。40次の多項式を微
分して得られた加速度は、後半部分で発散し不自然な振
動を呈する。これはデータのわずかな誤差までも含めた
軌跡を表現しているためと考えられる。19次、13次の多
項式からの加速度は不自然な振動もなく、両方ともよく
一致した曲線を描く。したがって多項式を利用した関数
近似を行う際にも適当な次数を選ぶ必要があることが分
かる。本実験では、近似を行うデータ点数の1/3〜1/2程
度の次数が妥当であるとの結論を得た。なお、近似多項
式の実験値に対する標準偏差sは、近似次数別に、下記
表のようになった。
Therefore, the motion of the rigid body was considered to be continuous and smooth, and a function approximation was used. The trajectory of the movement is represented by a polynomial which is a continuous function, and the velocity and acceleration are obtained by differentiating the trajectory [see References 8, 9]. FIG. 14 shows a trajectory of a motion of a flat plate having a dihedral angle performing three degrees of freedom motion in a vertical plane in a drop simulation experiment. The order of the polynomial at the time of approximation can be up to one less than the number of data points.
This trajectory was expressed using polynomials of different orders of the 40th, 19th and 13th orders, and each was differentiated to derive the acceleration. In the expression of the trajectory, there was little difference due to the order of the polynomial, but there was a difference due to the order in the derived acceleration. This is shown in FIG. The acceleration obtained by differentiating the 40th-order polynomial diverges in the latter half and exhibits an unnatural vibration. This is considered to be due to the expression of the locus including even a slight error in the data. The accelerations from the 19th and 13th order polynomials have no unnatural vibrations and both draw well-matched curves. Therefore, it is understood that it is necessary to select an appropriate order also when performing a function approximation using a polynomial. In this experiment, it was concluded that an order of about 1/3 to 1/2 of the number of data points to be approximated was appropriate. The standard deviation s of the approximated polynomial with respect to the experimental value is as shown in the following table for each approximate order.

【表3】 [Table 3]

【0036】〔実験結果および考察〕四角錐体1は、鉛
直上方への気流中に開放され、振り子のように振動しな
がら緩やかに落下し、その後空気力(抵抗)とバランス
して空中に浮上した(図16)。この間、四角錐体が気
流から逸脱したとき破損を防ぐために取り付けたナイロ
ン糸(直径0.3mm)は弛んだままであったので、糸の張
力、質量による運動への影響は微少であると考え無視で
きる。また、実験時の風速は、10.1m/sであり、四角錐
体の底辺の長さを代表長さにとったレイノルズ数は1.6
×105である。
[Experimental Results and Discussion] The quadrangular pyramid 1 is opened in the airflow vertically upward, falls slowly while vibrating like a pendulum, and then floats in the air in balance with the aerodynamic force (resistance). (FIG. 16). During this time, the nylon thread (diameter 0.3 mm) attached to prevent breakage when the quadrangular pyramid deviated from the airflow remained loose, so the effect of the tension and mass of the thread on the movement was considered to be minimal and can be ignored. . The wind speed at the time of the experiment was 10.1 m / s, and the Reynolds number, which was the representative length of the base of the quadrangular pyramid, was 1.6.
× 10 5.

【0037】〔2方向からの測定の結果〕四角錐体1上
には、従来の2方向からの測定のための球状マーカー3
が8点(図示は4点のみ)あり、正方形を構成するよう
配置されている。画像データ解析は、2方向からの画像
データにおいてそれぞれから対応の取れる3点を検出
し、その位置に若干の補正を加える(詳細省略)。対応
の取れた複数の球状マーカー3の位置をもとに四角錐体
1の位置、姿勢を算出して運動の軌跡を得る。四角錐体
1の重心の X-Z平面における軌跡を図17に示す。四
角錐体1は落下する速度を緩めながら下降し、空気力を
受けて力が重力とバランスし、その後空気力が若干勝っ
て浮上した様子が分かる並進方向の変位、静止座標系に
対する四角錐体1の姿勢の時間変化を図18・19に示
す。図18・19には四角錐体1に作用する力を算出す
るために、その軌跡を多項式によって関数近似した結果
も合せて表示した。並進方向の変位について、X,Y方
向へは振幅をわずかに減少させながら振動しており、Z
方向へは緩やかに下降、上昇している。これより、四角
錐体1は緩やかに振れながら落下し、空気力によってそ
の振動を減衰させつつ、浮上している様子が分かる。
[Results of Measurement from Two Directions] On the quadrangular pyramid 1, a conventional spherical marker 3 for measurement from two directions is provided.
There are eight points (only four points are shown) and are arranged to form a square. In the image data analysis, three points that can correspond to each other are detected in image data from two directions, and a slight correction is applied to the positions (details omitted). The position and orientation of the quadrangular pyramid 1 are calculated based on the positions of the plurality of spherical markers 3 with which correspondence has been obtained, and the locus of movement is obtained. FIG. 17 shows the locus of the center of gravity of the quadrangular pyramid 1 in the XZ plane. The quadrangular pyramid 1 descends while relaxing its falling speed, receives the aerodynamic force, balances the force with the gravitational force, and then sees that the aerodynamic force slightly wins and rises. 18 and 19 show the time change of the posture of No. 1. FIGS. 18 and 19 also show the result of function approximation of the trajectory by a polynomial in order to calculate the force acting on the quadrangular pyramid 1. With regard to the displacement in the translation direction, the vibration in the X and Y directions is performed while slightly reducing the amplitude.
It gradually descends and rises in the direction. From this, it can be seen that the quadrangular pyramid 1 falls while gently oscillating, and floats while attenuating the vibration by aerodynamic force.

【0038】四角錐体1の姿勢の時間変化を図20に示
すような機体軸座標で表すと図21のようになる。機体
軸座標での変位は、ある画像から起算した次の画像まで
の、その機体軸に座標をとった変化量であるから、その
時刻における速度で示される。
FIG. 21 shows the change over time of the attitude of the quadrangular pyramid 1 in the body axis coordinates as shown in FIG. The displacement in the body axis coordinate is a change amount in which the body axis is coordinated from a certain image to the next image calculated from the image, and is therefore indicated by the speed at that time.

【0039】〔1方向からの測定の結果〕画像データ解
析の新しい手法として、1方向のみの画像データから剛
体の6自由度運動を明らかにする方法を今回考案した。
この手法を上述の四角錐体1の運動に適用した結果を以
下に述べる。四角錐体1には、1方向からの位置測定の
ために円筒体2が設置されている。円筒体2上には、参
照円11・12・13が形成されており、さらに各参照
円は複数の参照点を有する。円筒体2の角度、直径、参
照点位置を測定し、6自由度の変位を求め、さらに得ら
れた変位をもとに相関法を適用する。画像データ測定に
よって得られた参照点の位置に対し、式(1)〜(6)
を用いて微小変位を与えて計算上の参照点位置を変化さ
せる。測定による参照点、計算による参照点のそれぞれ
に半径2ピクセルの円を想定し、それらの重複面積割合
の平均値を相関値sとする。相関値sが最も高くなると
き、つまりそれぞれの参照点が最も良く重なり合うとき
の変位を採用する。相関値sを図22に示すが、運動開
始直後に相関値が低い値を示している。これは四角錐体
1が気流突入直後のため運動が激しく、参照点が画像上
で僅かにぶれていたためと考えられる。並進変位、回転
変位、およびそれらを多項式近似した軌跡を合わせて図
23・24に示す。測定方向である Y軸方向の誤差が比
較的大きいが、1方向からの測定によっても空間におけ
る変位の取得が可能であることを示している。
[Results of Measurement from One Direction] As a new method of image data analysis, a method of clarifying the six-degree-of-freedom movement of a rigid body from image data of only one direction has been devised.
The result of applying this method to the above-described movement of the quadrangular pyramid 1 will be described below. A cylindrical body 2 is provided on the quadrangular pyramid 1 for position measurement from one direction. Reference circles 11, 12, and 13 are formed on the cylindrical body 2, and each reference circle has a plurality of reference points. The angle, diameter, and reference point position of the cylindrical body 2 are measured, a displacement with six degrees of freedom is obtained, and a correlation method is applied based on the obtained displacement. With respect to the position of the reference point obtained by the image data measurement, equations (1) to (6)
Is used to change the reference point position in the calculation by giving a minute displacement. A circle having a radius of 2 pixels is assumed for each of the reference point by measurement and the reference point by calculation, and the average value of the overlapping area ratio is set as the correlation value s. The displacement when the correlation value s is the highest, that is, when the respective reference points overlap best, is adopted. FIG. 22 shows the correlation value s, which shows a low correlation value immediately after the start of exercise. This is probably because the quadrangular pyramid 1 was intensely moved immediately after entering the airflow, and the reference point was slightly blurred on the image. FIGS. 23 and 24 show the translational displacement, the rotational displacement, and the trajectories obtained by approximating the translational displacement and the rotational displacement. Although the error in the Y-axis direction, which is the measurement direction, is relatively large, it indicates that displacement in space can be obtained even by measurement from one direction.

【0040】〔多項式を利用した空気力の算出〕気流中
での落下運動の際に剛体に働く主な力は、重力・空気力
である。本実験では、図9に示すように、鉛直上方へ向
けた気流中での落下模擬運動をさせ、地上に固定したデ
ジタルビデオカメラ5または6のいずれか一方により撮
影する。従って、落下剛体が空気力と重力とのバランス
によって安定した姿勢になったとき、画面内での運動は
緩やかなものとなり、そこから導かれる加速度は小さく
なる。すなわち、本実験の画像データ解析によって導か
れる力は、剛体に働く重力と空気力のバランスを示すも
のであり、落下運動が安定したとき空気力は小さく表さ
れる。
[Calculation of aerodynamic force using polynomial] The main force acting on the rigid body during the falling motion in the airflow is gravity and aerodynamic force. In this experiment, as shown in FIG. 9, a fall simulation was performed in an airflow directed vertically upward, and an image was taken by one of the digital video cameras 5 and 6 fixed on the ground. Therefore, when the falling rigid body has a stable posture due to the balance between the aerodynamic force and the gravity, the motion in the screen becomes gentle, and the acceleration derived therefrom becomes small. That is, the force derived by the image data analysis in this experiment indicates the balance between the gravitational force acting on the rigid body and the aerodynamic force, and the aerodynamic force is small when the falling motion is stable.

【0041】画像データ測定によって得られた四角錐体
1の絶対座標系での運動の軌跡は、関数近似を利用し、
多項式によって表され、図18・19・23・24に波
形が示されるような連続関数を微分することで、不自然
な振動もなく加速度を得ることができ、剛体に作用した
空気力を算出できる。その結果を図25に示す。落下運
動前半にY方向に比較的大きな力が作用し、X方向には
周期的に力が働いたことが分かる。また、X方向にも周
期的な力が作用するものの、その減衰は極めて小さい。
Y,Z方向の力の変動は X方向に比べると運動後半
で、比較的小さくなっている。これより四角錐体の運動
は横方向にはゆっくりと時間をかけながら安定した落下
姿勢へと移行して行くことが分かる。
The trajectory of the movement of the quadrangular pyramid 1 in the absolute coordinate system obtained by the image data measurement uses function approximation,
By differentiating a continuous function represented by a polynomial and having waveforms shown in FIGS. 18, 19, 23, and 24, acceleration can be obtained without unnatural vibration and aerodynamic force acting on a rigid body can be calculated. . FIG. 25 shows the result. It can be seen that a relatively large force acts in the Y direction in the first half of the dropping motion and a force acts periodically in the X direction. Further, although a periodic force acts also in the X direction, its attenuation is extremely small.
The fluctuation of the force in the Y and Z directions is relatively small in the latter half of the movement compared to the X direction. From this, it can be seen that the movement of the quadrangular pyramid transitions to a stable falling posture while slowly taking time in the lateral direction.

【0042】機体上に固定した座標軸、すなわち機体軸
座標での変位からも四角錐体に作用した力、モーメント
を算出した。機体軸座標における変位は多項式を用いて
表現され、微分を行い加速度を導出、四角錐体の質量、
各軸回りの慣性モーメントから力、モーメントをそれぞ
れ算出した。剛体の速度や角速度が動座標系で記述され
ている場合には座標軸の方向も時間変化していることを
考慮する必要がある。図26に示すように、速度Vおよ
び角速度ωの移動座標成分をそれぞれU,V,Wおよび
P,Q,Rとし、また、剛体質量をm、X,Y,Z軸に
関する慣性モーメントをIxx,Iyy,Izz、XY平面,
YZ平面,ZX平面に関する慣性乗積をIxy,Iyz,I
zxとする。動座標系においては、重心に作用する力Fと
軸回りのモーメントGとは、以下の式(15)〜(2
0)のように記述できる。
The forces and moments acting on the quadrangular pyramid were also calculated from the displacement on the coordinate axis fixed on the fuselage, that is, the coordinate of the fuselage axis. The displacement in the body axis coordinates is expressed using a polynomial, differentiated to derive the acceleration, the mass of the pyramid,
Force and moment were calculated from the moment of inertia around each axis. When the velocity and angular velocity of the rigid body are described in the moving coordinate system, it is necessary to consider that the direction of the coordinate axis also changes with time. As shown in FIG. 26, the moving coordinate components of the velocity V and the angular velocity ω are U, V, W and P, Q, R, respectively, the rigid body mass is m, and the moment of inertia about the X, Y, and Z axes is I xx. , I yy , I zz , XY plane,
The products of inertia on the YZ plane and the ZX plane are represented by I xy , I yz , I
zx . In the dynamic coordinate system, the force F acting on the center of gravity and the moment G around the axis are represented by the following equations (15) to (2).
0).

【数27】 [Equation 27]

【数28】 [Equation 28]

【数29】 (Equation 29)

【数30】 [Equation 30]

【数31】 (Equation 31)

【数32】 (Equation 32)

【0043】上述の関係から導いた、機体座標系での四
角錐体に作用した空気力を図27に示す。x,y方向に
運動開始直後に比較的大きな力が作用して落下運動時の
横方向の動きを減衰させ、z方向に働いた力によって錐
体が浮上したことが分かる。また、モーメントは周期的
に働きながらも減衰しており、錐体の落下運動は最終的
に安定した姿勢となることが分かる。
FIG. 27 shows the aerodynamic force acting on the quadrangular pyramid in the body coordinate system, derived from the above relationship. It can be seen that a relatively large force acts immediately after the start of the movement in the x and y directions to attenuate the lateral movement at the time of the falling movement, and that the cone has floated by the force applied in the z direction. In addition, the moment is attenuated while acting periodically, and it can be seen that the falling motion of the cone eventually becomes a stable posture.

【0044】〔考察〕過去の研究では、鉛直平面内での
3自由度落下運動実験において矩形平板、上反角を有す
る平板を取り扱ってきた。それによると平板が上反角を
有した場合、矩形平板と比較してその運動は速度、角速
度共にすぐさま減衰し安定した落下姿勢をとることが分
かっている。今回落下実験を行うにあたって解析対象を
四角錐体1としたのは、その運動が上反角の効果によっ
て減衰し、安定して落下すると予測されたからである。
[Discussion] In the past research, a rectangular flat plate and a flat plate having a dihedral angle have been treated in a three-degree-of-freedom drop motion experiment in a vertical plane. According to this, when a flat plate has a dihedral angle, its motion and angular velocity are both immediately attenuated and a stable falling posture is obtained as compared with a rectangular flat plate. The reason why the falling object was the quadrangular pyramid 1 in conducting the drop experiment was that the motion was predicted to be attenuated due to the dihedral effect and to fall stably.

【0045】実験の結果から、四角錐体1の落下運動は
安定した姿勢へと移行して行くことが確かめられたが、
減衰の速さが上反角を有する平板の場合と異なる。上反
角を有する平板の場合、気流中に突入した平板は回転運
動が1〜2回のピッチングモーションで急速に減衰し、そ
れに伴って並進速度も減衰、安定した落下姿勢となる。
これに対し四角錐体1の場合、図18・19・23・2
4に示されるように角度変位は減衰する傾向を示しなが
らも観測中振動は収まってはおらず、緩やかに振動しつ
つ浮上する。この原因として、両者の前面投影面積にさ
ほど差がない(平板;220×150mm2、錐体;220×220m
m2)にもかかわらず、ピッチングモーション軸回りの慣
性モーメントが一桁違うこと(平板;3.77×10-4kgm2
四角錐体;4.87×10-3kgm2)が考えられる。また図21
(b)に示されているように、四角錐体1のx,y軸回
りの角度変位は、ほぼ同じ位相での振動を繰り返すこと
から、四角錐体1の稜線を軸とした回転を行っていたこ
とが分かる。さらに図27(b)より、ヨー軸(z軸)
回りには小さなモーメントしか作用しなかったのでヨー
イングは減衰せず、四角錐体1は垂直方向の軸回りには
回転しながら浮上したことが分かる。
From the results of the experiment, it was confirmed that the falling motion of the quadrangular pyramid 1 shifted to a stable posture.
The damping speed is different from that of a flat plate having a dihedral angle. In the case of a flat plate having a dihedral angle, the flat plate that has entered the airflow rapidly attenuates in one or two pitching motions, and accordingly the translation speed also attenuates, resulting in a stable falling posture.
On the other hand, in the case of the quadrangular pyramid 1, FIG.
As shown in FIG. 4, while the angular displacement shows a tendency to attenuate, the vibration does not stop during the observation, and rises while gently vibrating. The reason for this is that there is not much difference between the front projection areas of the two (flat plate: 220 × 150 mm 2 , cone: 220 × 220 m
m 2 ) Despite the fact that the moment of inertia around the pitching motion axis is one digit different (flat plate: 3.77 × 10 -4 kgm 2 ,
A square pyramid; 4.87 × 10 −3 kgm 2 ) is considered. FIG.
As shown in (b), the angular displacement of the quadrangular pyramid 1 around the x and y axes repeats the vibration in substantially the same phase, so that the quadrangular pyramid 1 is rotated around the ridge line. You can see that it was. Further, from FIG. 27B, the yaw axis (z axis)
Since only a small moment acts on the periphery, the yawing is not attenuated, and it can be seen that the quadrangular pyramid 1 floats while rotating around the vertical axis.

【0046】〔まとめ〕1台のカメラで撮影された画像
データから運動を解析するための方法を考案し、従来方
法である2台のカメラを使用する方法と比較検討した。
従来の方法は、2台のカメラを使用して直交する2方向
からの画像データにより位置の補正を行う方法であるの
に対して、本発明の方法は、撮影方向の奥行き変化に伴
って生じる大きさの変化を利用するもので、これに剛体
上の参照点の相関を利用する1方向からの画像データに
よる方法である。測定対象として、剛体の落下運動を取
り上げ、本実験では、頂角が120°の四角錐体1の落下
運動を解析した。実験は鉛直上方へ向けた気流中に物体
を解放することで落下を模擬し、変位検出機構や信号取
り出し用のリード線などによる運動の拘束の無い6自由
度落下運動を実現した。
[Summary] A method for analyzing motion from image data captured by one camera was devised, and compared with a conventional method using two cameras.
Whereas the conventional method is a method of correcting a position using image data from two orthogonal directions using two cameras, the method of the present invention occurs with a change in depth in a shooting direction. This is a method based on image data from one direction that utilizes a change in size, and uses the correlation of reference points on a rigid body. In this experiment, the falling motion of the quadrangular pyramid 1 having an apex angle of 120 ° was analyzed. The experiment simulated a fall by releasing an object in an airflow directed vertically upward, and realized a 6-degree-of-freedom falling movement without any restraint on movement by a displacement detection mechanism or a lead wire for signal extraction.

【0047】画像データから得られた変位をもとに、剛
体に作用する空気力をより高精度に算出するため、剛体
の変位を多項式によって関数近似した。すなわち、差分
法によって生じる解の不自然な振動を回避するため、運
動は連続的で滑らかなものと考えたからである。これを
微分して加速度、さらに力を算出した。その結果、四角
錐体1の落下運動は振り子のように横方向に徐々に回転
しながら振動して振れながら落下するが、空気力を受け
その振動は減衰する。ただしこの減衰の程度は悪く、時
間をかけて空気力と重力とがバランスされながら、安定
した落下姿勢に移行して行くことが分かった。また運動
は機体軸おける変位でも表された。その結果、四角錐体
1の振り子のような運動はその稜線方向に軸があり、減
衰は緩やかであること、またヨー方向には回転を減衰さ
せるようなモーメントが作用せず、錐体は回転しながら
浮上したことが分った。
In order to calculate the aerodynamic force acting on the rigid body with higher accuracy based on the displacement obtained from the image data, the displacement of the rigid body was approximated by a function by a polynomial. That is, the motion is considered to be continuous and smooth in order to avoid unnatural vibration of the solution generated by the difference method. This was differentiated to calculate acceleration and further force. As a result, the falling motion of the quadrangular pyramid 1 vibrates while gradually rotating in the horizontal direction like a pendulum and falls while oscillating, but the vibration is attenuated by the aerodynamic force. However, the degree of this attenuation was poor, and it was found that the air force and the gravity gradually shifted to a stable falling posture over time. Motion was also described by displacement in the body axis. As a result, the movement of the quadrangular pyramid 1 like a pendulum has an axis in the direction of its ridge, the attenuation is gentle, and no moment acts to attenuate the rotation in the yaw direction. It turned out that he came up.

【0048】本発明による、1方向からの画像データに
基づく6自由度運動解析方法は、図18・19から明ら
かであるように、従来の、2方向からの画像データによ
る方法と良好な相関を示し、遜色のない解析精度が得ら
れることが分かった。
As is apparent from FIGS. 18 and 19, the six-degree-of-freedom motion analysis method based on image data from one direction according to the present invention has a good correlation with the conventional method based on image data from two directions. As shown, it was found that comparable analysis accuracy was obtained.

【0049】〔参考文献一覧 〕 [文献1] Urita,A., Nakamura,Y and Kawazoe,H.,A me
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rodynamic Forces, AIAA Paper94-2612,1994. [文献2] 瓜田,中村,川添,鉛直流で振り子運動する
再突入物体周りの圧力分布,日本航空宇宙学会誌,Vol.
44, No.515, pp729〜734,1996. [文献3] 田中,水槽試験における光学式非接触型3次元
運動計測法,石川島播磨技報,Vol.25,No.4,pp.1-7,
1985. [文献4] 有馬,川添,大林,松本,上反角付き平板の
落下運動の画像解析,日本機械学会中国四国支部第36期
総会講演会講演論文集,1998. [文献5] 大林,川添,有馬,松本,画像による落下平
板の運動解析日本航空宇宙学会第29期年会講演論文集,
1998. [文献6] 解析写真測量,日本写真測量学会編,1989. [文献7] 大林,川添,松本,吉野,落下物体の姿勢安
定性について,日本機械学会中国四国支部第35期総会講
演会講演論文集,No.975-1,1997,pp.115-6. [文献8] Kawazoe,H., Ohbayashi,M., Arima,K., Matsu
moto,M., Calculationof Aerodynamic Forces Acting
on Falling Object with Video Movie,Proceedings of
VSJ-SPIE '98, ABO23 [文献9] Kawazoe,H.,Arima,K.,Ohbayashi,M.,Matsu
moto,M., Video PictureAnalysis on Falling Motion o
f Dihedral-Ang1e Plate with Three Degree ofFreedo
m,AIAA Paper,No.99-0292
[Reference List] [Reference 1] Urita, A., Nakamura, Y and Kawazoe, H., Ame
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rodynamic Forces, AIAA Paper94-2612, 1994. [Reference 2] Urata, Nakamura, Kawazoe, Pressure distribution around a re-entry object pendulum moving in vertical flow, Journal of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.
44, No. 515, pp 729-734, 1996. [Reference 3] Tanaka, Optical Non-contact Three-Dimensional Motion Measurement Method in Aquarium Test, Ishikawajima Harima Technical Report, Vol.25, No.4, pp.1-7,
1985. [Literature 4] Arima, Kawazoe, Obayashi, Matsumoto, Image analysis of falling motion of flat plate with dihedral corner, Proc. Of the 36th Annual Meeting of Chugoku-Shikoku Branch of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1998. [Reference 5] Obayashi, Kawazoe, Arima, Matsumoto, Motion Analysis of Falling Plate by Image Collection of 29th Annual Meeting of the Japan Aerospace Society,
1998. [Reference 6] Analytical photogrammetry, edited by the Japan Society of Photogrammetry, 1989. [Reference 7] Obayashi, Kawazoe, Matsumoto, Yoshino, Posture stability of a falling object, Proc. [Reference 8] Kawazoe, H., Ohbayashi, M., Arima, K., Matsu
moto, M., Calculationof Aerodynamic Forces Acting
on Falling Object with Video Movie, Proceedings of
VSJ-SPIE '98, ABO23 [Reference 9] Kawazoe, H., Arima, K., Ohbayashi, M., Matsu
moto, M., Video PictureAnalysis on Falling Motion o
f Dihedral-Ang1e Plate with Three Degree of Freedo
m, AIAA Paper, No.99-0292

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1方向のみから撮影した画像データをもとに剛体の運動
解析を行うことができるので、非接触で剛体の運動に全
く影響を与えないだけでなく、2方向からの撮影を必要
としていた従来の方法に対して、2台のカメラの同期を
とる必要がなくなって、計測が容易になり、また、高価
な高速度カメラにかかる費用を半減させることができ
る。解析の精度も、従来方法と比較して遜色のないもの
である。
As described above, according to the present invention,
Since the motion analysis of a rigid body can be performed based on image data taken from only one direction, not only does it have no effect on the motion of the rigid body in a non-contact manner, but also requires imaging from two directions. The method eliminates the need to synchronize two cameras, simplifies measurement, and halves the cost of expensive high-speed cameras. The accuracy of the analysis is comparable to that of the conventional method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 参照円上に設けられた参照点の回転方向の定
義について説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a definition of a rotation direction of a reference point provided on a reference circle.

【図2】 参照円上の3個の参照点について説明する図
である。
FIG. 2 is a diagram illustrating three reference points on a reference circle.

【図3】 参照円がy軸方向に変位したときの、画像上
の半径rと実半径r 0との比率(収縮率R=(r/
0))と、y軸方向位置との関係を較正した結果を示
す図である。
FIG. 3 shows an image when the reference circle is displaced in the y-axis direction.
Radius r and real radius r 0Ratio (shrinkage ratio R = (r /
r0)) And the result of calibrating the relationship between y-axis position
FIG.

【図4】 円筒体に設けられた3つの参照円と、各参照
円上に設けられた参照点とを示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing three reference circles provided on a cylindrical body and reference points provided on each reference circle.

【図5】 実験に使用された四角錐体と、それに設置さ
れた円筒体、参照円、参照点を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a quadrangular pyramid used in the experiment, and a cylinder, a reference circle, and a reference point installed on the pyramid.

【図6】 実験に使用された四角錐体の重心測定方法を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of measuring the center of gravity of a quadrangular pyramid used in an experiment.

【図7】 実験に使用された四角錐体の形状とその重心
の位置とを示す側面図である。
FIG. 7 is a side view showing the shape of the quadrangular pyramid used in the experiment and the position of its center of gravity.

【図8】 実験風洞出口の風速分布の測定結果を示すグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph showing measurement results of a wind speed distribution at the exit of an experimental wind tunnel.

【図9】 従来の2方向画像法を含む画像データ取得実
験セット状況を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a state of an image data acquisition experiment set including a conventional two-way image method.

【図10】 絶対座標系と機体軸座標系との定義を説明
する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating definitions of an absolute coordinate system and a body axis coordinate system.

【図11】 差分法による加速度計算結果を示すグラフ
である。
FIG. 11 is a graph showing an acceleration calculation result by a difference method.

【図12】 差分法による加速度改良計算結果を示すグ
ラフである。
FIG. 12 is a graph showing a calculation result of acceleration improvement by a difference method.

【図13】 FFT解析によるx方向変位・加速度の時
間軸変化を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing time-axis changes in x-direction displacement and acceleration by FFT analysis.

【図14】 40次多項式近似によるx,y,θの時間軸
変化を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a change in x, y, and θ with respect to time on the basis of a 40th-order polynomial approximation.

【図15】 13次,19次,40次多項式近似による加速度
・角加速度計算結果を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing calculation results of acceleration / angular acceleration by 13th, 19th, and 40th order polynomial approximations.

【図16】 四角錐体の落下運動の様子を示す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing a state of a falling motion of a quadrangular pyramid.

【図17】 x-z平面における四角錐体重心の軌跡を
示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing a locus of a quadrangular pyramid center of gravity in an xz plane.

【図18】 位置座標の時間軸変化(1方向画像法と2
方向画像法との比較)を示すグラフである。
FIG. 18 shows a time axis change of position coordinates (one-way image method and 2
7 is a graph showing a comparison with the directional image method).

【図19】 回転角の時間軸変化(1方向画像法と2方
向画像法との比較)を示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing a time axis change of the rotation angle (comparison between the one-way image method and the two-way image method).

【図20】 機体軸座標系定義を説明する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating the definition of a body axis coordinate system.

【図21】 機体軸座標系に基づく四角錐体の速度・角
速度時間軸変化を示すグラフである。
FIG. 21 is a graph showing changes in the speed / angular speed time axis of the quadrangular pyramid based on the body axis coordinate system.

【図22】 相関値sの時間軸変化を示すグラフであ
る。
FIG. 22 is a graph showing a change in the correlation value s over time.

【図23】 1方向画像法による四角錐体の自由落下運
動(x,y,z)を示すグラフである。
FIG. 23 is a graph showing a free fall motion (x, y, z) of a quadrangular pyramid by a one-way image method.

【図24】 1方向画像法による四角錐体の自由落下運
動(θ,φ,ψ)を示すグラフである。
FIG. 24 is a graph showing the free fall motion (θ, φ, ψ) of the quadrangular pyramid by the one-way image method.

【図25】 四角錐体に作用する力の時間軸変化を示す
グラフである。
FIG. 25 is a graph showing a time axis change of a force acting on a quadrangular pyramid.

【図26】 機体軸座標系における力とモーメントの定
義を説明する図である。
FIG. 26 is a diagram illustrating definitions of forces and moments in a body axis coordinate system.

【図27】 四角錐体に作用する力とモーメントの時間
軸変化を示すグラフである。
FIG. 27 is a graph showing a time axis change of a force and a moment acting on a quadrangular pyramid.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 四角錐体(剛体) 2 円筒体 3 球状マーカー 4 風洞 5・6 デジタルビデオカメラ 7 ストロボスコープ 10・11・12・13 参照円 20 参照点 20a 参照点A 20b 参照点B 20c 参照点C DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Square pyramid (rigid body) 2 Cylindrical body 3 Spherical marker 4 Wind tunnel 5.6 Digital video camera 7 Stroboscope 10.11.12.13 Reference circle 20 Reference point 20a Reference point A 20b Reference point B 20c Reference point C

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G06T 7/00 G06F 15/62 415 Fターム(参考) 2F065 AA04 AA17 AA39 AA54 BB05 BB24 DD00 FF04 FF64 JJ03 JJ16 JJ26 QQ26 5B057 CH08 DA07 DB03 DC06 DC08──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) G06T 7/00 G06F 15/62 415 F Term (Reference) 2F065 AA04 AA17 AA39 AA54 BB05 BB24 DD00 FF04 FF64 JJ03 JJ16 JJ26 QQ26 5B057 CH08 DA07 DB03 DC06 DC08

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 剛体と一体に参照円を設置し、該参照円
上に少なくとも3個の参照点を形成し、前記剛体の空間
移動中に、前記参照点の画像を固定された1台のカメラ
を用いて微小時間間隔で断続的に撮影し、時々刻々得ら
れる前記参照円と前記参照点との画像データから、前記
参照円の中心座標と回転角とを逐次計算し、前記剛体の
3自由度の並進運動と3自由度の回転運動とを解析する
ことを特徴とする6自由度運動解析方法。
A reference circle is provided integrally with a rigid body, at least three reference points are formed on the reference circle, and an image of the reference point is fixed during spatial movement of the rigid body. The center coordinates and the rotation angle of the reference circle are sequentially calculated from the image data of the reference circle and the reference point, which are intermittently photographed at minute time intervals using a camera, and are obtained from the image data of the rigid body. A 6-DOF motion analysis method characterized by analyzing translational motion with 3 DOF and rotational motion with 3 DOF.
【請求項2】 前記画像データと、下記表で定義される
記号とを参照し、前記少なくとも3個の参照点から3個
の参照点を選んで1組とし、1組3個の参照点の各
(x,z)座標と、前記参照円が傾斜して形成される楕
円の長軸がx軸となす角であるφとを求め、これら数値
を順次下記式(7)〜(12)に代入し、さらに、算出
された前記参照円の半径rと、予め較正された収縮率R
とからy0を求め、前記参照円の6個の空間パラメータ
である中心座標(x0,y0,z0)と3方向回転角(θ,
φ,γ)とを求めることを特徴とする請求項1に記載の
6自由度運動解析方法。 【表1】 【数1】 【数2】 【数3】 【数4】 【数5】 【数6】
2. Referring to the image data and symbols defined in the following table, three reference points are selected from the at least three reference points to form one set, and one set of three reference points is selected. Each (x, z) coordinate and φ, which is the angle between the major axis of the ellipse formed by tilting the reference circle and the x axis, are obtained, and these values are sequentially calculated by the following equations (7) to (12). Substituting and further calculating the calculated radius r of the reference circle and the pre-calibrated contraction rate R
, Y 0 is obtained from the coordinates, the center coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ), which are the six spatial parameters of the reference circle, and the three-directional rotation angles (θ,
2. The method of claim 1, wherein (φ, γ) is obtained. [Table 1] (Equation 1) (Equation 2) (Equation 3) (Equation 4) (Equation 5) (Equation 6)
【請求項3】 前記参照点を、3個1組として前記参照
円上に複数組形成し、該各組の参照点に請求項2に記載
の計算方法を適用して、前記参照円に関する前記空間パ
ラメータ(x0,y0,z0),(θ,φ,γ)を当該組
数分計算し、対応する当該組数の空間パラメータをそれ
ぞれ平均して1組の空間パラメータ概要値を求め、下記
式(1)〜(6)に前記空間パラメータ概要値を微小刻
みだけずらした数値を代入して新たに前記複数組の各参
照点の(x,y,z)座標を計算し、その点を中心とし
て所定微小半径の第1円を描き、一方で画像上の同一参
照点を中心として第1円と同一微小半径の第2円を描
き、前記第1円と前記第2円との重複面積を全ての参照
点について求め、前記重複面積の合計が最大となるよう
に前期微小刻みを決定して前記概要値からの補正を行う
ことを特徴とする請求項2に記載の6自由度運動解析方
法。 【数7】 【数8】 【数9】 【数10】 【数11】 【数12】
3. A plurality of sets of the reference points are formed on the reference circle as a set of three, and the calculation method according to claim 2 is applied to the reference points of each set, so that The spatial parameters (x 0 , y 0 , z 0 ) and (θ, φ, γ) are calculated for the number of sets, and the spatial parameters of the corresponding number of sets are averaged to obtain a set of spatial parameter summary values. By substituting a numerical value obtained by shifting the outline value of the spatial parameter by a small increment into the following equations (1) to (6), (x, y, z) coordinates of each of the plurality of sets of reference points are newly calculated, A first circle having a predetermined minute radius is drawn around a point, and a second circle having the same minute radius as the first circle is drawn around the same reference point on the image. Obtain the overlapping area for all reference points, and determine the minute increments in the previous period so that the sum of the overlapping areas is maximized 6 DOF motion analysis method according to claim 2, wherein the corrected from the summary value each. (Equation 7) (Equation 8) (Equation 9) (Equation 10) [Equation 11] (Equation 12)
【請求項4】 前記剛体には、側面に参照円を有する円
筒体が設置されていることを特徴とする請求項1から3
のいずれかに記載の6自由度運動解析方法。
4. The rigid body is provided with a cylindrical body having a reference circle on a side surface.
6. The 6-DOF motion analysis method according to any one of the above.
【請求項5】 前記円筒体の側面には、複数の参照円が
形成されていることを特徴とする請求項4に記載の6自
由度運動解析方法。
5. The six-degree-of-freedom motion analysis method according to claim 4, wherein a plurality of reference circles are formed on a side surface of the cylindrical body.
【請求項6】 前記剛体の重心から前記参照円の中心点
までの距離と、前記参照円に関して得られた計算結果と
から、前記剛体の重心の位置を逐次計算することを特徴
とする請求項1から5のいずれかに記載の6自由度運動
解析方法。
6. The position of the center of gravity of the rigid body is sequentially calculated from a distance from the center of gravity of the rigid body to the center point of the reference circle and a calculation result obtained for the reference circle. 6. The 6-DOF motion analysis method according to any one of 1 to 5.
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