Эффективный способ визуального определения ориентации объекта с помощью пяти компланарных точек

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Zimiao Zhang, Shihai Zhang, Qiu Li An efficient vision-based pose determination method of five coplanar points (Эффективный способ визуального определения ориентации объекта с помощью пяти компланарных точек) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 4. С. 35–41.

Zimiao Zhang, Shihai Zhang, Qiu Li An efficient vision-based pose determination method of five coplanar points (Эффективный способ визуального определения ориентации объекта с помощью пяти компланарных точек) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 4. P. 35–41.

Ссылка на англоязычную версию:

Zimiao Zhang, Shihai Zhang, and Qiu Li, "Efficient vision-based pose determination method of five coplanar points," Journal of Optical Technology. 84(4), 246-251 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000246

Аннотация:

Существующие методы определения ориентации объекта распадаются на две отдельные категории: аналитические и итерационные. В работе исследуется двухступенчатый метод определения ориентации, использующий пять компланарных точек, сочетающий достоинства этих подходов. На первом этапе, после определения координат точек изображения в результате цифровой обработки, ориентация объекта определяется двумя аффинными инвариантами, формируемыми пятью точками. На втором этапе, вводится итеративный метод, причем результаты первого этапа используются как начальные данные для итерационного процесса, обеспечивая точность и быстроту сходимости нелинейного алгоритма. Приведены результаты сравнения предложенного метода с двумя другими существующими. Результаты экспериментов показывают, что предложенный метод имеет преимущества меньшей стоимости вычислений. Точность определения ориентации, являющаяся главным критерием в практических применениях, также повышается.

Ключевые слова:

определение ориентации, аффинные инварианты, компланарность, нелинейность

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Тяньцзиньского фонда и программы исследований высоких технологий (молодежный фонд, грант № 14JCQNJC05500), плана подготовки инженеров-разработчиков Тяньцзиньских университетов и колледжей (грант № TD12-5043), Национального фонда естественных наук Китая (грант № 11302149), Тяньцзиньского фонда и программы исследований высоких технологий (молодежный фонд, грант № 15JCQNJC02400).

Коды OCIS: 330.4060; 330.5000; 330.0100

Список источников:

1. Hao Ying-ming, Wu Qing-xiao, Zhou chuan. Technique and implementation of underwater vehicle station keeping based on monocular vision [J] // ROBOT. 2006. V. 28. No. 6. P. 656–661.
2. Huang Feng-shan, Qian Hui-fen. Single camera 3D coordinate vision measuring system using a light pen [J] // Opto-Electronic Engineering. 2007. V. 34. No. 4. P. 69–72.
3. Hao S., Chai Z., Zhang Z., Hu Y. Application of electro-optic aiming system in INS correction [J] // Electronics optics and control. 2002. V. 9. No. 1. P. 19–22.
4. Xu Liang-fa, Wang Jian-jun. Building of mathematical model of sight line for laser helmet mounted display and sight system [J] // Fire Control and Command Control. 2006. V. 31. No. 7. P. 80–82.
5. Chen Shan. Study on the monocular vision measurement system of the position and orientation of object // College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering. Tianjin University. 2007.
6. Zhang Jin-feng, Sun Cheng, Cai Wei. Monocular vision-based relative position and attitude measurement algorithm between spacecrafts [J] // Optical Technique. 2010. V. 36. No. 2. P. 187–192.
7. Chao Zhi-chao, Jiang Guang-wen, Huang Wei, Song Shi-jun, Yu Qi-feng. Vision measuring system for soft-landing drop test of unmanned lunar explorer [J] // Optics and Precision Engineering. 2010. V. 18. No. 9. P. 2044–2052.
8. Tao Jin, Hongzhi Jia, Wenmei Hou, Ryo Yamamoto, Norihiro Nagai, Yusaku Fujii, Koichi Maru, Naoya Ohta, Kazuhito Shimada. Evaluating 3D position and velocity of subject in parabolic flight experiment by use of the binocular stereo vision measurement [J] // Chinese Optics Letters. 2010. V. 8. No. 6. P. 601–605.
9. Fischler M.A., Bolles R.C. Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography [C] // Communications of the ACM. 1981. V. 24. P. 6. P. 381–395.
10. Horaud R., Conio B., Leboulleux O., Lacolle B. An analytic solution for the perspective 4-point problem [J] // Computer Vision Graphics Image Process. 1989. V. 47. No. 1. P. 33–44.
11. Nister D., Stewenius H. Minimal solution to the generalized 3-point pose problem [J] // Mathematical Imaging and Vision. 2007. V. 27. No. 1. P. 67–79.
12. Hu Z.Y., Wu F.C. A note on the number solution of the non-coplanar P4P problem [C] // IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 2002. V. 24. No. 4. P. 550–555.
13. Jianliang Tang, Wen-Sheng Chen, Jie Wang. A novel linear algorithm for p5p problem [J] // Applied Mathematics and Computation. 2008. V. 205. No. 2. P. 628–634.
14. Wang Peng, Sun Changku, Zhang Zhimiao. Linear pose estimation with a monocular vision system [J] // Chinese Journal of Scientific Instrument. 2011. V. 32. No. 5. P. 1126–1131.
15. Ansar A., Daniilidis K. Linear pose estimation from points or lines [J] // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2003. V. 25. No. 5. P. 578–589.
16. Duan F.Q., Wu F.C., Hu Z.Y. Pose determination and plane measurement using a trapezium [J] // Pattern Recognition Letters. 2008. V. 29. No. 3. P. 223–231.
17. DeMenthon D.F., Davis L.S. Model-based object pose in 25 lines of code [J] // International Journal on Computer Vision. 1995. V. 15. No.1. P. 123–141.
18. Tommaso Gramegna, Author Vitae, Lea Venturino Author Vitae, Grazia Cicirelli Author Vitae, Giovanni Attolico Author Vitae, Arcangelo Distante. Optimization of the POSIT algorithm for indoor autonomous navigation [J] // Robotics and Autonomous Systems. 2004. V. 48. No. 2. P. 145–162.
19. Chen Shan, Zhou Tao, Zhang Xiaodong. Monocular vision measurement system of the position and attitude of the object [J] // Chinese journal of Sensors and Actuators. 2007. V. 20. No. 9. P. 2011–2015.
20. Peng Wang, Xu Xiao, Zimiao Zhang, Changku Sun. Study on the position and orientation measurement method with monocular vision system [J] // Chinese Optics Letters. 2010. V. 8. No. 1. P. 55–58.
21. Chester Wildey, Duncan L. MacFarlane, Aman Goyal, Kaundinya Gopinath, Sergey Cheshkov, Richard Briggs. Single-camera motion measurement and monitoring for magnetic resonance applications [J] // Applied Optics. 2011. V. 50. No. 14. P. 2088–2097.
22. Liu M.L., Wong K.H. Pose estimation using four corresponding points [J] // Pattern Recognition Letters. 1999. V. 20. No. 1. P. 69–74.
23. Shuping Zhang,Yongsheng Ding, Kuangrong Hao, Dan Zhang. An efficient two-step solution for vision-based pose determination of a parallel manipulator [J] // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2011. V. 28. No. 2. P. 182–189.