【正文】 ，如圖所示，它采用進(jìn)口MEMS芯片，制造采用BIMOS生產(chǎn)工藝和載流焊工藝技術(shù)。當(dāng)角度變化=176。由于測(cè)量中存在誤差當(dāng)=176。（1）陀螺儀的選取 假設(shè)相鄰的兩幅圖像存在一個(gè)角度的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)特征提取與匹配獲取兩幅圖像中同一特征點(diǎn)的偏移量和，在根據(jù)坐標(biāo)變換公式可以獲得當(dāng)前特征點(diǎn)在前一幀坐標(biāo)系下的偏移量和： （） （） 根據(jù)上述公式：假設(shè)=3176。 在基于視頻圖像序列的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取系統(tǒng)的研究中，陀螺儀將提供相機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的姿態(tài)，為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤提供輔助定位信息，從而能有效地提高軌跡提取的精度。坐標(biāo)系是描述運(yùn)動(dòng)體位置姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)的參考基準(zhǔn)，相機(jī)在空間位置姿態(tài)的確定是依據(jù)坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換和測(cè)量加速度和角速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)慣性測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)位置和姿態(tài)。mean表示均值，stddev表示標(biāo)準(zhǔn)方差，max表示最大值，sse表示誤差平方和。下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本標(biāo)定塊的使用。標(biāo)定模塊的大小可根據(jù)實(shí)際情況選擇正方體的邊長(zhǎng)來(lái)更改。其下為正四椎體和支架，該模型可以有效地降低空間標(biāo)定點(diǎn)的遮擋問(wèn)題，在實(shí)際拍攝中在圖像上最少有八個(gè)點(diǎn)，滿足標(biāo)定算法的六點(diǎn)、五點(diǎn)、四點(diǎn)標(biāo)定算法要求，若需要精確標(biāo)定可采用擴(kuò)展的方法擴(kuò)大標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。 a、標(biāo)桿類標(biāo)定點(diǎn) b、模板類標(biāo)定點(diǎn) 相機(jī)標(biāo)定的標(biāo)定點(diǎn)選擇針對(duì)論文的測(cè)試背景和測(cè)試要求，上述兩種無(wú)法保證標(biāo)定工作的快速、高效完成。平面模板適合室內(nèi)測(cè)量攝像機(jī)的參數(shù)，測(cè)量計(jì)算復(fù)雜。 標(biāo)定點(diǎn)選擇：標(biāo)桿、平面模板、平面對(duì)折類模板等結(jié)構(gòu)信息精確確定的物體。圖像的行間距是非常精確的，可以通過(guò)攝像機(jī)的說(shuō)明書得到，而不受數(shù)字電路的影響。使用前面各步驟得到的和的估算值作為非線性回歸的初始條件，計(jì)算一階透鏡變形系數(shù)，并進(jìn)一步得到和的更精確的估計(jì)值．通過(guò)透視投影來(lái)建立真實(shí)(修正)圖像平面坐標(biāo) 與攝像機(jī)坐標(biāo)系中的標(biāo)定點(diǎn)之間的關(guān)系式： （）假設(shè)通過(guò)使用徑向透鏡變形模型第一項(xiàng)建立的真實(shí)(修正)圖像平面坐標(biāo)與測(cè)量圖像平面坐標(biāo)之間關(guān)系為： （）其中半徑的計(jì)算公式如下： （）未修正(測(cè)量)圖像平面坐標(biāo)不同于像素坐標(biāo)，因?yàn)榍罢叩挠?jì)算過(guò)程中已經(jīng)用到了圖像中心位置坐標(biāo)，行間距和列間距，以及比例系數(shù)估計(jì)值．使用透射投影和透鏡變形方程中的分量以及絕對(duì)坐標(biāo)與攝像機(jī)坐標(biāo)之間的剛體變換公式，可以得到有關(guān)攝像機(jī)焦距，平移和透鏡變形的一個(gè)約束條件： （）這將形成求解參數(shù)、和的一個(gè)非線性因歸問(wèn)題。為了估計(jì)和，可使用所有的標(biāo)定點(diǎn)來(lái)構(gòu)成線性方程組： （）使用每一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)的矩陣行： （）： （）矢量包括所要估計(jì)的參數(shù)： （）使用奇異值分解求解這個(gè)方程組。在下面的計(jì)算相機(jī)內(nèi)參數(shù)步驟之后，和的符號(hào)可能會(huì)有所變動(dòng)。計(jì)算余下的R變換參數(shù)： （）因?yàn)樾D(zhuǎn)矩陣R是正交歸一化矩陣，則一定成立。如果和同號(hào)， 和也同號(hào)，那么具有正確的符號(hào)(正號(hào)) ，否則在需要反號(hào)。利用上面得到的結(jié)果矢量，計(jì)算，和。如果和同時(shí)都為0，則： 　　　　　　 （）如果和同時(shí)為0，則： 　　　　 （）其次，確定的符號(hào)。首先，計(jì)算出平移的分量的大小。根據(jù)這些標(biāo)定坐標(biāo)值形成一個(gè)矩陣，其中的行為： 　　　　 （）設(shè)是含有與空間變換參數(shù)有關(guān)的未知參數(shù)的矢量： 　 　　 （）從標(biāo)定點(diǎn)的次觀測(cè)來(lái)形成一個(gè)矢量．使用五個(gè)以上標(biāo)定點(diǎn)，就可以得到關(guān)于參數(shù)矢量的線性方程組。3）平移光軸也不會(huì)改變的方向。由成像模型可知，基于RAC的標(biāo)定方法存在以下特點(diǎn)：1）徑向畸變不影響的方向。其中是圖像中心。與的方向一致，且徑向畸變不改變的方向，即的方向始終與的方向一致。為從到不考慮畸變的成像點(diǎn)的向量，是標(biāo)定平面上已知的標(biāo)定點(diǎn)，是受徑向畸變的實(shí)際成像點(diǎn)。根據(jù)透視投影成像模型。需要求取（或標(biāo)定）的參數(shù)分為外部和內(nèi)部參數(shù)8個(gè)。目前普遍采用的兩步法中最典型的是Tsai提出的基于RAC約束(Radial Alignment Constraint)的兩步法。該方法既解決了利用透視變換矩陣進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定沒有考慮鏡頭的非線性畸變、精度不高的問(wèn)題，又排除了相機(jī)非線性標(biāo)定方法中初始值不當(dāng)，優(yōu)化費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，鑒于兩步法的以上特點(diǎn)和本課題的背景條件，該系統(tǒng)存在著非線性畸變和透視畸變，因而本文利用Tsai的兩步標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定。缺點(diǎn)是：未知數(shù)個(gè)數(shù)比較多，至少24個(gè)，存在過(guò)分參數(shù)化的傾向，圖像坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)間的變換是基于實(shí)驗(yàn)的，從而造成最終結(jié)果的不確定性。(2)優(yōu)化程序非常費(fèi)時(shí)，無(wú)法實(shí)時(shí)得到標(biāo)定結(jié)果。缺點(diǎn)是相機(jī)的系統(tǒng)誤差不能加進(jìn)去，因而不能進(jìn)行系統(tǒng)誤差的校正，另外加上噪聲及鏡頭誤差的影響，使得標(biāo)定精度不高。表示一個(gè)三維平移變換矢量，其為： （）三維旋轉(zhuǎn)的矩陣可以用相對(duì)于三個(gè)坐標(biāo)軸的歐拉（Eulerian）角來(lái)表示 旋轉(zhuǎn)變換歐拉角表示矩陣沿三個(gè)坐標(biāo)軸的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)矩陣為： （） （） (）表征三維場(chǎng)景中旋轉(zhuǎn)變換的旋轉(zhuǎn)矩陣表示為 （）由于視頻圖像相鄰幀之間的間隔時(shí)間很短，因此場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)物體的旋轉(zhuǎn)角度很小，可以近似認(rèn)為有公式（）（）（），表征三維旋轉(zhuǎn)矩陣R為： （） 由公式（），三維空域中物體在不同時(shí)刻和的位置變化可表示為： （）即： （）將旋轉(zhuǎn)矩陣R進(jìn)行分解如下 （）將公式（）代入公式（），可以得到 () 相機(jī)參數(shù)標(biāo)定方法分析目前常用的相機(jī)參數(shù)標(biāo)定方法主要有：線性標(biāo)定法、非線性標(biāo)定法、兩步法、雙平面標(biāo)定法。一個(gè)物體的三維空域位置變化可以用以下的仿射變換來(lái)表示： （）其中，和分別表示剛體外表面上的一個(gè)點(diǎn)在時(shí)刻和相對(duì)于坐標(biāo)中心的坐標(biāo)矢量。沿著時(shí)間軸多個(gè)這樣的投影成像就構(gòu)成了視頻序列圖像。相機(jī)在拍攝三維空間中的場(chǎng)景時(shí)，其拍攝范圍為位于正對(duì)攝像機(jī)的某一夾角范圍內(nèi)的空間景物，設(shè)拍攝空域范圍為。根據(jù)圖中的結(jié)構(gòu)，描述三維空域場(chǎng)景中的點(diǎn)與二維圖像平面上的透視投影對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間坐標(biāo)變換關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （）其中：為投影中心與圖像平面間的距離。透視投影使用一種基于幾何光學(xué)原理的理想小孔（ideal pinhole）成像原理來(lái)描述二維圖像的形成。透視投影符合人們心理習(xí)慣，即離視點(diǎn)近的物體大，離視點(diǎn)遠(yuǎn)的物體小，遠(yuǎn)到極點(diǎn)即為消失，成為滅點(diǎn)。透視投影是用中心投影法將形體投射到投影面上，從而獲得的一種較為接近視覺效果的單面投影圖。不管相機(jī)與三維空域場(chǎng)景之間的距離相距多遠(yuǎn)，總可以產(chǎn)生相同的圖像，當(dāng)場(chǎng)景與相機(jī)之間的距離大大超過(guò)場(chǎng)景上的點(diǎn)相對(duì)于自身坐標(biāo)系的深度時(shí)，正交投影將提供更好的近似表示，且在這種情況下，由于正交投影為線性投影，可以在圖像處理時(shí)使數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算較為簡(jiǎn)單。正交投影也稱為平行投影（parallel projection）,是實(shí)際圖像處理的一個(gè)近似方法。因此在對(duì)相機(jī)標(biāo)定之前，首先要根據(jù)CCD相機(jī)的成像原理建立CCD相機(jī)成像模型（1）透視成像模型視頻圖像是成像系統(tǒng)利用攝像機(jī)獲取的時(shí)變?nèi)S空間場(chǎng)景的二維投影，從三位空域場(chǎng)景到二維圖像平面的不同投影方式。因此，攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果的精度及算法的穩(wěn)定性直接影響后續(xù)處理的準(zhǔn)確性。相機(jī)標(biāo)定可以確定相機(jī)的幾何光學(xué)特性(內(nèi)部參數(shù))包括焦距、畸變系數(shù)和非確定性標(biāo)度因子以及在特定的世界坐標(biāo)系中相機(jī)的位姿(外部參數(shù))包括括世界坐標(biāo)系相對(duì)于相機(jī)坐標(biāo)系的正交旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣。相機(jī)參數(shù)的標(biāo)定精度、標(biāo)定速度以及標(biāo)定模型的可移植性直接決定著軌跡提取精度等。相機(jī)參數(shù)標(biāo)定及姿態(tài)校正 相機(jī)參數(shù)標(biāo)定在基于視頻圖像序列的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取系統(tǒng)的研究領(lǐng)域中，相機(jī)參數(shù)是必不可少的部分。然后分別詳述了視頻采集子系統(tǒng)、相機(jī)標(biāo)定子系統(tǒng)、目標(biāo)姿態(tài)實(shí)時(shí)獲取子系統(tǒng)以及光照自適應(yīng)子系統(tǒng)。外形尺寸Φ28*重量45g最近物距（2）千兆網(wǎng)卡選擇根據(jù)MVVS030 FM / FC相機(jī)參數(shù)，每秒采集60幀，圖像大小為640480，位數(shù)為8位，則一秒所要進(jìn)行的傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)為： 為此，選用Intel PWLA8492MT千兆網(wǎng)卡。C曝光方式幀曝光　　 相機(jī)鏡頭主要性能參數(shù)性能類型參數(shù)性能類型參數(shù)焦距16mm相對(duì)孔徑1/接口C尺寸1/2水平視場(chǎng)22176。則如果要滿足在50km/h的速度下，仍能很好地提取車輛行駛軌跡，則需在1s內(nèi)采集53幀。則水平方向視場(chǎng)大小為：，相機(jī)水平方向的分辨率至少為491個(gè)像素。根據(jù)公式（）。（1）CCD相機(jī)和鏡頭選擇相機(jī)距離地面的高度為100cm，采用16mm的鏡頭。，根據(jù)和的相似關(guān)系，可以求得特征區(qū)域在相機(jī)焦平面上移動(dòng)的距離為： （）根據(jù)公式（）、（）可以為CCD相機(jī)和鏡頭的選擇，提供一定的理論依據(jù)。由上圖可知，當(dāng)位置沿著光軸垂直方向移動(dòng)，不改變物體在相機(jī)焦平面上像的大小。 相機(jī)理想線性成像模型 ，假設(shè)相機(jī)的焦距為，物距為，視場(chǎng)寬為，視場(chǎng)中特征提取區(qū)域?qū)挾葹?，所?duì)應(yīng)的像寬為，所對(duì)應(yīng)的像寬為。它的正確選取對(duì)后續(xù)的圖像采集和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)算具有重要的影響。 LED燈圓環(huán)形光源CCD相機(jī)和鏡頭在整個(gè)輔助性設(shè)備的中間位置，周圍由數(shù)個(gè)LED燈組成環(huán)形光源，套在相機(jī)外圍且將相機(jī)放置在圓環(huán)形光源的中心，并通過(guò)最外層的可調(diào)節(jié)性遮光罩使輔助光源的光線可以均勻的補(bǔ)充到相機(jī)視場(chǎng)。可調(diào)節(jié)型遮光罩安裝在相機(jī)及輔助光源的外圍。如上圖所示，套筒固定在車體后方兩車輪之間上，它也是整個(gè)機(jī)械輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主體裝置，CCD相機(jī)裝置在套筒的前端，如虛線所示部分。此時(shí)可以通過(guò)安裝光源和遮光罩盡量使得光線變化趨于均勻和穩(wěn)定。當(dāng)時(shí)，減少曝光時(shí)間；反之，增加曝光時(shí)間。具體算法流圖如下所示：首先對(duì)采集獲得的圖像計(jì)算灰度均值，根據(jù)圖像灰度值與參考值的比較，其中為預(yù)先設(shè)置的參考值，為閾值。它通過(guò)將整幅圖像的某一區(qū)域的灰度均值與預(yù)先設(shè)定的參考值比較，來(lái)進(jìn)行CCD相機(jī)曝光量的自動(dòng)控制。如果可以根據(jù)光線或者圖像序列灰度均值的變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的曝光量，那么就可以達(dá)到較為滿意的曝光效果。曝光過(guò)度，照片看起來(lái)就太亮，即灰度過(guò)大；曝光不足，照片看起來(lái)就會(huì)太暗，即灰度過(guò)小。光照自適應(yīng)子系統(tǒng)就是借助外光源使得在圖像采集過(guò)程中獲得較為理想的圖像。為此系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，裝載陀螺儀，實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的變化，為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的提取提供可靠的輔助定位。它不僅可以全面地檢測(cè)到幾乎所有的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，而且還有一個(gè)極大的優(yōu)點(diǎn)，陀螺儀是完全自主式的測(cè)量方法，它不依賴外部的光線，電磁波，聲音，磁場(chǎng)等等的外部信息來(lái)測(cè)量相機(jī)角運(yùn)動(dòng)，其工作完全不受自然的和人為的干擾影響。在一定的初始條件下，陀螺儀會(huì)在不停自傳的同時(shí)還繞著另一個(gè)固定的轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。陀螺儀能感應(yīng)目標(biāo)的空間姿態(tài)變化，是定姿定向應(yīng)用中的關(guān)鍵器件。在圖像處理過(guò)程中如果知道相機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的姿態(tài)，將為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤提供輔助定位信息，從而能有效地提高軌跡提取的精度。此時(shí)反應(yīng)到圖像坐標(biāo)系中角度變化并不是實(shí)際的角度變化量，從而使得標(biāo)定后的相機(jī)參數(shù)及標(biāo)定坐標(biāo)系發(fā)生紊亂，影響后續(xù)軌跡測(cè)算的精度，最終導(dǎo)致空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換以及軌跡提取產(chǎn)生誤差。該方案具有簡(jiǎn)便、有效、能適用于各種高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，有助于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的精確提取。在本課題中，由于固定參照物視場(chǎng)變動(dòng)，相機(jī)跟目標(biāo)一起運(yùn)動(dòng)，則需采用高幀率的圖像采集設(shè)備，才能實(shí)時(shí)記錄目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；相應(yīng)地在圖像數(shù)據(jù)傳輸方面，對(duì)傳輸效率和圖像存儲(chǔ)速度也提出了很高要求。在圖像數(shù)據(jù)傳輸方面，以太網(wǎng)可以高速傳輸和存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，不容易引起數(shù)據(jù)幀的丟失，系統(tǒng)功耗小等特點(diǎn)可以完全滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)處理的要求，同時(shí)，由于幾乎所有的編程語(yǔ)言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。目前10Mbps的以太網(wǎng)已家喻戶曉，lOOMbps的快速以太網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用，1000Mbps以太網(wǎng)技術(shù)也已逐漸成熟，10Gbps以太網(wǎng)亦即將投入使用。通用串行總線USB數(shù)據(jù)采集：USB ，采用USB ，具有連接方便、無(wú)需外接電源、即插即用、支持熱插拔、高帶寬、低功耗、低成本、動(dòng)態(tài)加載驅(qū)動(dòng)程序，級(jí)聯(lián)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)充外設(shè)數(shù)量等特有優(yōu)點(diǎn)，在主機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、快捷、雙向、可靠的連接和通訊。根據(jù)USB系統(tǒng)規(guī)范，USB總線上總共可以連接127個(gè)USB設(shè)備，用戶只需直接把設(shè)備連接到空閑的USB接口上。用戶可以在開機(jī)的情況下，對(duì)設(shè)備進(jìn)行插拔操作。在USB系統(tǒng)中，不同類型的USB設(shè)備使用相同的接口，因而用戶在連接時(shí)，不需要考慮連接接口的類型以及接口的硬件電氣特性。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)。USB(universal serial bus)是由Intel、ComPaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、N