【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及空間精度的計算領域，具體涉及一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法。
技術介紹
1、光學運動捕捉系統通過紅外相機采集從被動反射球上反射的紅外信號來定位物體，然而，光學運動捕捉技術的測量精度受到多種因素的影響，如光學系統的標定誤差、環境光照條件的變化、目標物體表面的反射特性、相機數量及分布等。這些因素都可能導致測量數據存在偏差，對測量空間內部測量精度分布產生影響，進而影響到后續分析的準確性和可靠性。尤其在較大范圍檢測空間中(如5m以上)，光照質量難以保證，測量距離的增加也會引起成像分辨率下降、影像信噪比降低，使得待測對象成像細節不足、影像幾何變形加劇，進而導致定位精度改變，從而使得在其檢測三維空間內，存在檢測精度不均的情況，并且在大尺度空間下的內部測量精度分布特征難以全面獲取。
2、如果隨著測量空間的增大、相機數量增加，這就使測量精度的分布情況更為復雜，因此對光學運動捕捉系統的空間測量精度進行評估，是十分必要的。
3、但是目前尚未有針對檢測區域內部檢測精度評估的方法。這也使光學運動捕捉系統在測量領域的應用受到無法精確計量的束縛。
技術實現思路
1、專利技術目的：提供一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，以解決現有技術存在的上述問題。
2、技術方案：一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，包括光學運動捕捉系統和激光跟蹤儀；所述光學運動捕捉系統由多臺紅外攝像機柔性搭建而成；所述激光跟蹤儀的t-mac端安裝在機械臂末端，光學標記點安
3、在進一步的實施例中，所述機械臂在檢測空間內沿所設空間三維測試網格的網格方向每一次移動的距離為100毫米，包含84個停頓，每次停頓為3秒。所述光學動作捕捉系統的拍攝頻率為100幀每秒，所述機械臂暫停3秒期間獲取數據為300個點，形成局部點云，即為測試點的位置，每一個測試點的位置為所述光學運動捕捉系統可識別的光學標記點停頓的位置；所述激光跟蹤儀在mark點停留過程中同步采集1次坐標，所述光學運動捕捉系統與所述激光跟蹤儀同時進行數據采集，且均獨立記錄各自的時間戳。
4、在進一步的實施例中，所述光學動作捕捉系統數據處理包括四個階段，具體為基于運動狀態模型的預處理階段、基于激光跟蹤數據與高信度動作捕捉數據的比例尺度誤差糾正階段、分布特征的代表性點輸出階段，以及數據對比計算階段。
5、在進一步的實施例中，在所述預處理階段根據所記錄時間戳對所述光學運動捕捉系統和所述激光跟蹤儀所采集的測量序列進行精準配對，并最終以所述激光跟蹤儀采集到的數據作為參考系統，通過所有樣本的均方根來測量誤差。
6、在進一步的實施例中，通過點云數據的時間戳信息可實現將采集的點云數據基于時間段劃分為運動啟停、運動穩定兩個階段，并通過高斯過程模擬連續時間點的數據分布，使用高斯函數來模擬時間依賴性；高斯函數的形式如下：
7、
8、式中t是時間，表示點云數據的時間戳；μ是高斯函數的均值，表示運動穩定階段的中心時間點；σ是高斯函數的標準差，控制高斯函數的寬度；
9、通過調整μ和σ的值可以控制高斯函數在時間軸上的分布；設置μ為整個時間段的中點，σ根據具體情況進行調整。
10、在進一步的實施例中，所述光學運動捕捉系統在每次停頓期間測量到的數據的穩定性可表示為通過計算每個局部點云中的每個點在所述光學運動捕捉系統測量坐標系的三個坐標上的方差分布來獲得；所獲得的方差數據反映了x、y和z軸上每個點的數據離散程度，色散越小，測量系統越穩定，公式如下：
11、
12、其中：為第n個局部點云中x軸方向點坐標的方差，xni為第n個局部點云中第i個點的x軸坐標值，為第n個局部點云中點坐標的x軸坐標值的平均值。
13、在進一步的實施例中，所述光學動作捕捉系統采集的每組停頓點經過濾波與代表性點輸出后，得到k個代表點激光跟蹤數據采集得到的點集為兩個點集通過配準處理后，采用對齊點之間的歐式距離均方根誤差rmse衡量光學動作捕捉系統的采集精度；
14、第i個觀測點的距離誤差de：
15、
16、整體均方根誤差rmse：
17、
18、其中：k是停頓點數量，是光學動作捕捉系統在第i個停頓點的測量坐標，是激光跟蹤點在第i個停頓點的測量坐標。
19、在進一步的實施例中，采用距離聚類的方式對所述機械臂停頓時采集的點集進行聚類，將標記點提取為不同的子集，每個聚類的中心作為該聚類的代表點；根據聚類中數據點的數量來加權計算所有聚類中心的均值；
20、對于每個聚類ci，通過計算所有點的均值作為聚類中心：
21、
22、其中，p是聚類ci中的一個點，|ci.size|是聚類ci中的數據點數量。
23、在進一步的實施例中，通過聚類中心和各自的數據點數量，將數據點數量作為權值，計算所有聚類中心的加權均值：
24、
25、其中，i是聚類的索引，ci.size是聚類ci中的數據點數量，cicenter是聚類ci的中心。
26、有益效果：本專利技術涉及一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，本專利技術通過激光跟蹤儀與光學動作捕捉系統同時采集空間網格數據，并通過對應算法對采集的數據進行處理分析：(1)、通過半徑濾波算法，對路徑中的點云數據優化；(2)、通過比例誤差糾正算法，得到有效的空間測量點數據；(3)、通過坐標轉換對齊兩組數據坐標，使兩組數據在同一坐標下進行對比。(4)、使得對兩組數據進行有效對比分析，從而對光學動作捕捉系統的空間數據精度進行評估，該評估方法使得光學運動捕捉系統的空間精度得到有效評估，推動了光學運動捕捉系統在空間位置姿態測量領域的應用和發展進程。
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1.一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征是：
2.根據權利要求1所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
5.根據權利要求2所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
6.根據權利要求1所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
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8.根據權利要求1所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
9.根據權利要求8所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
【技術特征摘要】
1.一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征是：
2.根據權利要求1所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的一種光學運動捕捉系統的空間精度的計量方法，其特征在于：
5.根據權利要求2所述的一種光學運動捕捉系統的空間...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳清，周雨，孫峰，田鵬，陳歡，王勇，陳海濤，吳雪花，李海濤，
申請(專利權)人：徐州市檢驗檢測中心，
類型：發明
國別省市：
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