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新型双目测量系统在大视场运动目标测量中应用

1 大视场运动目标测量需求

针对户外大视场单/多个运动目标测量,通常基于双目交会测量原理,利用高速摄像机捕获高速运动物体影像,通过相机内参、外参标定,图像数据分析解析目标物体三维空间下坐标、轨迹、速度、加速度、角度等运动参数。

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 图1 大视场下运动目标测量示意图

2 传统双目测量系统测量痛点

痛点1 系统使用复杂

由于大视差下高速运动物体通常运动轨迹较长,且与目标物发生多次冲击与碰撞,时间间隔短,故需搭建多个双目测量系统多站点布设(如图2),进而造成系统采集设备数量多,供电和通信复杂度高,设备布设、启动、检查、调试耗时长,人力投入大,且试验开始后或多次冲击试验间隔期内,人员无法进入现场二次调试。

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图2 传统固定机位多目测量系统

痛点2 标定工程量大

每个由2台高速摄像机及其配件组成的双目测量系统,需要试验完成后,在其公共视场内进行多个RTK靶点标定(在线标定),完成内外参联合标定,每个目标视场内需要在线标定10个点,4个目标则需标定40个点,目标之间距离远(100m~1km),视场大(50m~200m),标定工程量大。

痛点3 关键帧定位难

高速运动目标速度一般为马赫级,推荐不低于2000帧/秒高速摄像机用于采集运动序列图像,考虑触发前后预留的缓冲时间,单次录制时间内会产生数万帧图片,定位关键帧将变得相对困难。

3 千眼狼新型双目测量系统特点

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图3 新型双目测量系统

针对上述三大痛点,千眼狼自研一款高集成度、轻量化、产品化的新型双目测量系统(如图3),具备下列差异化特征:

特征1 电动转台+电动变焦镜头

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图4 电动转台+电动变焦镜头

电动转台最大可达30°/s,在高速运动物体冲击不同目标子试验时间间隔内(2~10分钟),转台转动满足目标视场调整。

电动多档变焦镜头,兼具电动变焦和电动对焦功能,支持依据视场大小快速切换焦距档位,配备5.5英寸高清摄影监视器,通过SDI视频输出接口连接测量系统,配合远程电动对焦,确保高速运动物体进入不同视场内始终保持清晰成像。

特征2 内参标定固化,外参三点标定

通过固化电动变焦镜头和高速摄像机的结构连接,完成多档变焦焦距的内参标定

通过标定目标物特征点(物体的拐角、顶角、低角、灰度差交界角等,如图5),试验前RTK测点特征点,事后分析阶段圈选高速图像中特征点像素位置完成外参标定

外参标定仅需3个特征点即可完成图像标定,减少了标定工作量,提速了图像数据分析完成时间。

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图5 目标物特征点示例

特征3 智能关键帧片段识别

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图6 关键帧片段识别

基于图像灰度值变化,记录关键帧片段,回放界面下快速标注关键帧片段位置提示(如图6黄色进度条),有效缩短关键视频定位与下载时间。

4 大视场运动目标测量应用案例

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 图7 野外大视场多目标观测

千眼狼新型外场双目高速测量系统,通过高度集成化的设计,减少了固定机位设备数量,降低了系统使用的复杂度和通信、供电的复杂度,优化了内外参标定方法、设备重量、安装方式,提效了配套软件定位关键帧的功能,在某外场观测任务中,顺利完成高速运动目标捕获与数据解析。

民族品牌,自主可控。千眼狼自研新型外场多目标双目高速测量系统,助力实现国产仪器替代,创造更大安全、经济和科研效益。


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