CN112637445B - 一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高速运动物体三维运动轨迹测量技术领域，具体来说是一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于包括至少两台相机，用于同时捕捉到运动物体画面；同步激发器，用于控制多台相机同步工作；激光发射器，设置在拍摄场景内；在物体开始运动的前一秒，采用同步激发器对相机进行控制使其开始同步摄像，打开激光发射器使其灯亮后，同时使物体开始运动，物体运动开始后，关闭激光发射器，使其灯灭，物体运动结束后，关闭相机的摄像模式，其优点在于：将多台高频摄像机按科学位置布置，采用同步激发器结合激光指示灯实现多台高频摄像机拍摄的照片序列完全同步，实现高速运动物体三维运动轨迹的准确捕捉。

Description

一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法
技术领域
本发明涉及高速运动物体三维运动轨迹测量技术领域，具体来说是一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法。
背景技术
目前，随着计算机视觉、图像处理技术的成熟与摄影器材的普及与成本的降低，基于图像的运动物体追踪在工程领域得到越来越多的应用。现阶段，基于图像的运动物体的轨迹追踪多用于二维运动轨迹的计算。采用一台相机即可计算运动物体二维轨迹，且其算法简单。对于运动物体三维运动轨迹的追踪，需使用两台或三台相机同步测量。多台相机同步测量，需采用同步激发器对相机进行同步控制，目前，采用电路板同步激发器可实现对多台相机的同步控制。
发明内容
本发明的目的在于针对三维运动物体的精确测量，提供一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法。
为了实现上述目的，设计一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于包括至少两台相机，用于同时捕捉到运动物体画面；同步激发器，用于控制多台相机同步工作；激光发射器，设置在拍摄场景内；在物体开始运动的前一秒，采用同步激发器对相机进行控制使其开始同步摄像，打开激光发射器使其灯亮后，同时使物体开始运动，物体运动开始后，关闭激光发射器，使其灯灭，物体运动结束后，关闭相机的摄像模式。
所述的测量方法具体如下：
A.确定待测物体三维运动的空间范围，包括中心点、长、宽、高；
B.根据物体最大运动速度，确定视频图像采集的帧率，选择合适的相机参数；
C.基于物体三维运动空间，确定多台相机空间布置位置，以使至少两台相机可同时捕捉到运动物体画面，建立空间运动三维坐标系，对相机内方位元素与外方位元素进行初始标定；
D.在物体开始运动前，对相机拍摄参数进行设置，在拍摄场景内设置激光发射器，在物体开始运动的前一秒，采用同步激发器对相机进行控制使其开始同步摄像，打开激光发射器使其灯亮后，同时使物体开始运动，物体运动开始后，关闭激光发射器，使其灯灭，物体运动结束后，关闭相机的摄像模式；
E.通过步骤D中设置的激光发射器，激光发射的频率大于1000Hz，且远大于相机的帧率，因此在激光发射器开启一瞬间，仅有一张照片捕捉到到灯亮，其上一帧照片显示灯灭,同时，在激光发射器关闭的那一瞬间，仅有一张照片捕捉到灯灭，其上一帧照片显示灯亮,多台相机捕捉灯亮的时刻是一致的，通过灯不亮到亮这一帧的时间的一致性，可挑选时间完全同步的照片序列进行三维运动物体的轨迹计算；
F.选取的多台相机的时间同步的照片序列，对高速运动物体的三维轨迹进行计算。
优选的，两台相机及待测中心点成等腰直角三角形布置对运动物体进行同步追踪。
优选的，三台相机成等边三角形布置对运动物体进行同步追踪。
优选的，同步激发器控制多台相机同时开始录像。
优选的，激光发射器的开与关作为时间完全同步信号指示。
优选的，所述步骤F中将视频转为图片序列进行运动物体计算，通过激光发射器，实现图片序列的时间完全同步。
本发明同现有技术相比，其优点在于：将多台高频摄像机按科学位置布置，采用同步激发器结合激光指示灯实现多台高频摄像机拍摄的照片序列完全同步，实现高速运动物体三维运动轨迹的准确捕捉。
附图说明
图1是本发明的方法步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明为一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，包括至少两台相机，用于同时捕捉到运动物体画面；同步激发器，用于控制多台相机同步工作；激光发射器，设置在拍摄场景内；在物体开始运动的前一秒，采用同步激发器对相机进行控制使其开始同步摄像，打开激光发射器使其灯亮后，同时使物体开始运动，物体运动开始后，关闭激光发射器，使其灯灭，物体运动结束后，关闭相机的摄像模式。
所述的方法步骤如下：
步骤1，确定待测物体三维运动的空间范围，如中心点、长、宽、高；
步骤2，根据物体最大运动速度，确定视频图像采集的帧率，并以此选择合适的摄像机参数；
步骤3，基于物体三维运动空间，确定多台相机空间布置位置，以使至少两台相机可同时捕捉到运动物体画面。建立空间运动三维坐标系，对相机内方位元素与外方位元素进行初始标定；
步骤4，在物体开始运动前，对摄像机拍摄参数，如帧率、光圈大小、自动对焦及码率等进行设置；在拍摄场景内设置激光发射器，在物体开始运动的前一秒，采用同步激发器对摄像机进行控制使其开始同步摄像，打开激光发射器使其灯亮后，同时使物体开始运动；物体运动开始后，关闭激光发射器，使其灯灭，物体运动结束后，关闭摄像机的摄像模式；
步骤5，读取多台摄像机所拍摄的物体三维运动的视频，将视频文件转换为图片，对每个摄像机的图片序列进行分析，通过特征点匹配及光流算法，计算物体三维运动轨迹；对于高速运动物体的捕捉，其视频帧率的设置应大于等于240fps，采用同步激发器对摄像机进行同步拍摄，其转换为照片后，每一个摄像机开始拍摄的时间并不完全相同，导致无法计算物体三维运动轨迹。通过步骤4中设置的激光指示灯，激光发射的频率大于1000Hz，且远大于摄像机的帧率，因此在激光指示灯开启一瞬间，仅有一张照片捕捉到灯亮，其上一帧照片显示灯灭；同时，在激光指示灯关闭的那一瞬间，仅有一张照片捕捉到灯灭，其上一帧照片显示灯亮，多台相机捕捉灯亮的时刻是一致的，通过灯不亮到亮这一帧的时间的一致性，可挑选时间完全同步的照片序列进行三维运动物体的轨迹计算；
步骤6，根据步骤5中，选取的多台相机的时间同步的照片序列，对高速运动物体的三维轨迹进行计算。

Claims (6)

1.一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于包括
至少两台相机，用于同时捕捉到运动物体画面；
同步激发器，用于控制多台相机同步工作；
激光发射器，设置在拍摄场景内；
在物体开始运动的前一秒，采用同步激发器对相机进行控制使其开始同步摄像，打开激光发射器使其灯亮后，同时使物体开始运动，物体运动开始后，关闭激光发射器，使其灯灭，物体运动结束后，关闭相机的摄像模式；
所述测量方法具体如下：
A.确定待测物体三维运动的空间范围，包括中心点、长、宽、高；
B.根据物体最大运动速度，确定视频图像采集的帧率，选择合适的相机参数；
C.基于物体三维运动空间，确定多台相机空间布置位置，以使至少两台相机可同时捕捉到运动物体画面，建立空间运动三维坐标系，对相机内方位元素与外方位元素进行初始标定；
D.在物体开始运动前，对相机拍摄参数进行设置，在拍摄场景内设置激光发射器，在物体开始运动的前一秒，采用同步激发器对相机进行控制使其开始同步摄像，打开激光发射器使其灯亮后，同时使物体开始运动，物体运动开始后，关闭激光发射器，使其灯灭，物体运动结束后，关闭相机的摄像模式；
E.通过步骤D中设置的激光发射器，激光发射的频率大于1000Hz，且远大于相机的帧率，因此在激光发射器开启一瞬间，仅有一张照片捕捉到灯亮，其上一帧照片显示灯灭,同时，在激光发射器关闭的那一瞬间，仅有一张照片捕捉到灯灭，其上一帧照片显示灯亮,多台相机捕捉灯亮的时刻是一致的，通过灯不亮到亮这一帧的时间的一致性，可挑选时间完全同步的照片序列进行三维运动物体的轨迹计算;
F.选取的多台相机的时间同步的照片序列，对高速运动物体的三维轨迹进行计算。
2.如权利要求1所述的一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于两台相机及待测中心点成等腰直角三角形布置对运动物体进行同步追踪。
3.如权利要求1所述的一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于三台相机成等边三角形布置对运动物体进行同步追踪。
4.如权利要求1所述的一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于同步激发器控制多台相机同时开始录像。
5.如权利要求1所述的一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于激光发射器的开与关作为时间完全同步信号指示。
6.如权利要求1所述的一种基于多台高频相机三维运动同步测量方法，其特征在于所述步骤F中将视频转为图片序列进行运动物体计算，通过激光发射器，实现图片序列的时间完全同步。
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