空间科学实验机器人辅助遥操作系统(3)

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2003年12月中国空间科学技术9模块刷新显示;仿真数据管理模块用来管理所有仿真环境的数据,包括所有物体位姿、关节数据、物体从属关系以及所有仿真参数,在系统初始化时通过读取仿真数据文件建立仿真数据,在运行过程中维护仿真数据;三维图形渲染模块则通过WTK/OpenGL提供的API实现虚拟现实的仿真环境,并且通过与核心仿真模块的数据交互实现对仿真环境显示的更新。

4　虚拟环境的校准

通过将实际视频图像和仿真环境进行重叠显示,即对虚拟环境进行校准,可消除仿真模型和实际环境间的不匹配,提高操作者的操作可信度,并可

有效集中操作者的注意力,便于操作者及时发现和

处理现场的情况。

为进行虚拟环境的校准,需要建立图3像机标定、。

(1)空间点P在图像上的成像位置可以用针孔模型

来近似表示,即任意点P在图像上的投影位置p’,

为光心O与P的连线与图像平面的交点。这种关系

多称为透视投影,该关系式表示如下

u’=z(1)图3　虚拟环境和真实环境中的坐标系v’=z)为P点在图像上的坐标

,(x,y,z)为P点在摄像机坐标系中的坐标,表示为齐次式中　(u’,v’

矩阵的形式如下

uzv=f0f00

10xyz(2)0

010　　一副M×N灰度图像在计算机内都以一个M×N的一维数组进行存储,也可以把该一维数组看成是M×N的二维数组,为与前面的图像坐标系区别,把数组化后的图像坐标系Oc2uv称为屏幕坐标系(数组中各个数与屏幕上的像素是一一映射的),该坐标系的原点取在图像的左上角,u,v轴分别与u’,v’轴平行。屏幕上的每一个像素的坐标(u,v)分别是该像素在数组中的行数和列数,该坐标并没有明确的物理意义,因而首先要将屏幕坐标的单位转化为以物理单位(

mm)表示的形式。在图像坐标系中,坐标原点o定义为光轴与图像平面的交点,该点一般在图像中心。但是由于摄像机制造的原因,有时会有一些偏离,假设该交点在屏幕坐标中的坐标为(u0,v0),单位像素对应的实际物理尺寸为dx,dy,则从图像坐标到屏幕坐标的转换关系为

u=dx+u0

v=+v0dy(3)