This paper presents a methodology and all procedures used to validate it, which were executed in a physics laboratory under controlled and known conditions. The validation was based on the analyses of registered data in an image sequence and the measurements acquired by high precision sensors. This methodology intended to measure the velocity of a rigid object in linear motion with the use of an image sequence acquired by commercial digital video camera. The proposed methodology does not need a stereo pair of images to calculate the object position in the 3D space: it needs only images sequence acquired for one, only one, angle view (monocular vision). To do so, these objects need to be detected while in movement, which is conducted by the application of a segmentation technique based on the temporal average values of each pixel registered in N consecutive image frames. After detecting and framing these objects, specific points belonging to the object (pixels), on the plane image (2D coordinates or space image), are automatically chosen, which are then transformed into corresponding points in the space object (3D coordinates) by the application of collinearity equations or rational functions (proposed in this work). After obtaining the coordinates of these points in the space object that are registered in the sequence of images, the distance, in meters, covered by the object in a particular time interval may be measured and, consequently, its velocity can be calculated. The system is low cost, use only a computer (architecture Intel I3), and a webcam used to acquire the images (640 9 480, 30 fps). The complexity of the algorithm is linear, fact that allows the system to operate in real time. The results of the analyses are discussed and the advantages and disadvantages of the method are presented.

No abstract

Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia para mensurar a velocidade de um corpo rígido em movimento por meio da análise de sequências de imagens adquiridas por uma filmadora digital comercial. Tal metodologia necessita do resultado da segmentação dos corpos de interesse em movimento nas sequências de imagens. Esse resultado é obtido pela aplicação da técnica de segmentação baseada na média temporal dos valores de brilho de cada pixel registrado em N quadros de imagens consecutivos. Após a detecção e a segmentação dos corpos em movimento, alguns pontos dispostos sobre as suas imagens (pontos do espaço-imagem) são transformados em coordenadas métricas do espaço-objeto. Neste trabalho, essa transformação é feita pela aplicação do modelo matemático obtido por transformações feitas pelo uso das funções polinomiais. Transformando os pontos desejados do plano-imagem (2D) para seus respectivos correspondentes no espaço-objeto (3D), a distância percorrida pelo corpo em um determinado intervalo de tempo pode ser calculada e, dessa forma, a velocidade de deslocamento do corpo é mensurada. Para validar a metodologia proposta, foi montado um experimento, no qual um corpo desliza sobre um trilho de ar (para minimizar efeito do atrito), passando por cinco sensores fotoelétricos conectados a um cronômetro. No momento em que o corpo passa por um sensor, o respectivo cronômetro é paralisado e fornece o valor do intervalo de tempo (com referência ao primeiro sensor). As distâncias entre os sensores e os intervalos de tempo gastos para cruzar cada sensor permitem calcular a velocidade média de deslocamento do corpo com precisão de ±1%. A partir disso, tomase esses valores como corretos, os quais podem ser usados numa comparação com a velocidade calculada somente com base na análise de sequência de imagens.