单目摄像机测量抛物线运动点目标三维坐标的新方法

本文主要探讨了一种新颖的机器视觉技术，即利用已标定的单目摄像机来精确测量在抛物线运动中的点目标三维坐标。这项研究对于在自动化和机器人领域中实时追踪高速运动物体具有重要意义，特别是在无人机导航、体育运动分析或工业自动化等应用场景中。 该算法分为三个关键步骤： 1. 重力方向消失点的求解：首先，通过计算悬挂垂线在摄像机平面上投影的直线与其与地平面的交点，确定了重力方向的消失点。这一步骤是基于物理原理，因为重力方向垂直于地平面，其在摄像机视场中的投影可以帮助确定摄像机的上下方位。 2. 抛物线轨迹的投影和支撑平面旋转矩阵计算：接着，利用Sampson距离（一种基于像素的距离度量）近似法，从视频序列中提取出抛物线运动轨迹的投影特征，形成一个二次曲线。通过对抛物线的射影几何特性分析，计算出支撑该抛物线运动的平面相对于摄像机的旋转矩阵，这有助于理解运动轨迹的三维结构。 3. 世界坐标系和摄像机坐标系的转换：最后，通过地平面的单应矩阵，推算出世界坐标系（通常指的是物理空间）和摄像机坐标系之间的平移矢量。这一步骤确保了从摄像机坐标下的点目标坐标到真实三维空间的正确映射，从而确定了点目标的精确位置。 整个过程依赖于摄像机的校准和良好的图像处理技术，确保了对点目标位置的准确估计。算法的实验部分包括仿真实验和实际应用验证，结果表明该方法在实际场景中具有很好的稳定性和准确性，操作简便且易于实现，对于点目标的抛物线运动测量具有显著的优势。 这篇论文提供了一种实用的单目测量技术，解决了抛物线运动点目标的三维坐标测量问题，对于提升机器视觉系统的性能以及在需要实时三维定位的应用中具有重要的理论和实践价值。