六自由度無接觸運(yùn)動測量系統(tǒng)
一、產(chǎn)品簡介：
傳統(tǒng)海洋工業(yè)科研對于船模等實(shí)驗(yàn)體的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)采集分析，采用慣性傳感器或視頻錄取，后期計(jì)算，存在誤差大，無法建立實(shí)驗(yàn)場地三維空間，獲取真實(shí)六自由度數(shù)據(jù)。本套水池模型六自由度測試分析系統(tǒng)采用國際光學(xué)定位運(yùn)動捕捉技術(shù)，數(shù)據(jù)精度在毫米級別，可以建立三維空間，獲取實(shí)驗(yàn)體的速度、角度、加速度等六自由度數(shù)據(jù)。
當(dāng)水池模型六自由度測試分析系統(tǒng)定義好三維空間，船體模型在測試范圍內(nèi)進(jìn)行任何動作，都可以被動作捕捉鏡頭記錄下來，進(jìn)而計(jì)算出模型在空間范圍內(nèi)的位置、運(yùn)動軌跡、速度、角度、加速度、角度加速度等所有運(yùn)動學(xué)指標(biāo)。應(yīng)用該系統(tǒng)測試并獲取實(shí)驗(yàn)物體在三維空間中的六自由度數(shù)據(jù)，可以針對性對實(shí)驗(yàn)物體如船模進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，提升航行過程中穩(wěn)定性、平滑性等性能。當(dāng)積累大量模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，可以進(jìn)行綜合分析比較，提煉出不同設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而為航?？蒲刑峁?shù)據(jù)支撐，解決相關(guān)領(lǐng)域運(yùn)動學(xué)控制技術(shù)難題。
二、系統(tǒng)特點(diǎn)：
六自由度無接觸運(yùn)動測量系統(tǒng)由多個(gè)運(yùn)動捕捉鏡頭和采集分析軟件等組成，運(yùn)動捕捉鏡頭通過對被測物體上上特定標(biāo)志點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動捕捉的任務(wù)。從理論上說，對于空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)為多個(gè)鏡頭所見，則根據(jù)同一時(shí)刻多個(gè)鏡頭所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在空間中的位置。典型的光學(xué)式運(yùn)動捕捉系統(tǒng)通常使用 8 個(gè)以上相機(jī)環(huán)繞場地排列，這些相機(jī)的視野重疊區(qū)域就是受試物體的動作范圍。為了便于處理，通常要求受物體關(guān)鍵部位貼上一些特制的標(biāo)志球，稱為 "Marker" ，這些Marker具有反光或主動發(fā)光功能，紅外攝像機(jī)發(fā)出不可見紅外光照射到marker上，marker會將紅外光反射，攝像機(jī)再次捕捉到，這樣就記錄到marker點(diǎn)的準(zhǔn)確空間位置，視覺系統(tǒng)將識別和處理這些標(biāo)志，系統(tǒng)定標(biāo)后，相機(jī)連續(xù)拍攝受測物體的動作，并將圖像序列保存下來，然后再進(jìn)行分析和處理，識別其中的標(biāo)志點(diǎn)，當(dāng)運(yùn)動捕捉鏡頭以足夠高的速率連續(xù)拍攝時(shí)，數(shù)據(jù)采集分析軟件從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動軌跡和六自由度數(shù)據(jù)。
動作捕捉鏡頭連接采用串聯(lián)方式，不需要轉(zhuǎn)接器，便于實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)布置，適用于工業(yè)水池大實(shí)驗(yàn)空間。
運(yùn)動捕捉鏡頭具有主動濾波功能，抗干擾性強(qiáng)，可以在水面反光等嚴(yán)苛環(huán)境下使用。鏡頭高達(dá)2600萬像素，可以精確采集大水池遠(yuǎn)距離模型的六自由度運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)。
水池模型六自由度測試分析系統(tǒng)采用中英文版專業(yè)運(yùn)動采集分析軟件，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)控制、校準(zhǔn)、圖像采集、運(yùn)動軌跡分析等多種功能。運(yùn)動采集軟件安裝和使用不需要軟件狗，允許安裝電腦數(shù)量不少于100臺，利于高校實(shí)驗(yàn)室?guī)熒鄨F(tuán)隊(duì)多人員操作使用。
系統(tǒng)可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)水池的情況，設(shè)計(jì)不同數(shù)量的運(yùn)動捕捉鏡頭組成的水池模型六自由度測試分析系統(tǒng)，鏡頭可安裝于航車，實(shí)現(xiàn)拖曳水池實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮叫袛?shù)據(jù)采集；也可以安裝于工業(yè)水池四周，采集大水池核心區(qū)域（12米×12米）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牧杂啥葦?shù)據(jù)。并保留后期增加運(yùn)動捕捉鏡頭，升級成全水域空間模型測試的能力。
目前推出的動作捕捉鏡頭為2600萬像素，鏡頭的可視角度達(dá)到77°，最遠(yuǎn)可是距離達(dá)到35米。目前國際上處于的水平，比其他同類產(chǎn)品的1600像素足足高出1000萬像素，比同類產(chǎn)品55度高出22°的可視角度。由于像素精度，可是角度足夠大，在水池較大的環(huán)境下可保證其精度和在高速運(yùn)動下的穩(wěn)定性。
