基于异步相机的运动点三维轨迹重建

光力学是固体力学的一个重要分支。点目标的定位构成了光实验力学中的一个基本问题，在无人机的各种任务中有着广泛的应用。定位移动目标对于分析其运动特性和动态特性至关重要。从异步相机中重建点的轨迹是一项重大挑战。它包含两个耦合的子问题：轨迹重建和相机同步。现有方法通常仅单独处理其中一个子问题。本文提出了一种基于异步相机的点目标三维轨迹重建方法，可同时解决这两个子问题。首先，我们将轨迹相交法扩展至异步相机，以克服传统三角测量需要相机同步的限制。其次，基于成像机制和目标动力学特性，我们建立了相机时间信息模型和目标运动模型。通过同时优化参数，在无需精确时间参数的情况下实现轨迹重建。第三，我们利用移动点上更紧密、更连续的约束，对相机旋转与相机时间信息及目标运动参数进行同步优化。当相机旋转不准确时，重建精度得到显著提升。最后，模拟和真实世界实验结果证明了所提方法的可行性与准确性。真实世界结果表明，所提算法在 15 ~ 20 km 的观测范围内实现了 112.95 m 的定位误差。