[實用新型]一種用于剛體平面運動位姿測量的視覺主動標志點

有效

• 申請號: 201520737574.7
• 申請日: 2015-09-22
• 公開（公告）號: CN204988187U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 張憲民;李海;吳衡;莫嘉嗣
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，尤其涉及一種用于剛體平面運動位姿測量的視覺主動標志點。

背景技術

剛體平面運動包括3個自由度，即平面平移自由度x與y以及繞z軸的轉動自由度。為了用視覺方法獲取剛體平面運動實時位姿，必然需要通過跟蹤物體上一個或多個對比明顯的標志物來實現。標志物可以分為人工標志物和自然標志物兩大類。對于高精度高速的測量來說，自然標志物受限于周圍環境影響，成像效果差，很難達到高速與高精度，使用人工標志物是必然的選擇。人工標志物又可以分為被動式和主動式兩種。

被動式標志物使用廣泛，其原理為自身不發光，但由于自身結構或者特殊材料，被外部光源照射之后光反射回相機成像，此時標志點與背景之間的對比明顯，方便后續圖像處理，如現在商用的掃描儀標志點、球形反射標志點等。主動標志點主要原理是通過自身發光，光線直接進入相機成像，從而標志點與背景對比明顯，該類標志物應用相對較少，主要集中在測量精度要求不高的場合，如增強現實系統等。

現存的主動標志點大多數應用在測量精度要求不是很高的場合，因此大多數都由LED點光源直接作為標志點。對于平面高速運動剛體來說，由于運動空間相對較大，運動速度高，為了獲取高精度實時姿態，必然需要高分辨率相機與高精度標志物。由于相機分辨率高，所以拍攝圖像數據量就變大，這時候對圖像進行處理時間必然增加，為了達到實時性要求，必須要求以最快的處理算法來實現定位，這就要求成像質量非常好。同時由于運動速度很高，為了獲取無拖影的圖像，必然要求極短的曝光時間，這時候必然需要外部光源才能獲取足夠的光強，然而由于工作空間比較大，所以使用被動反光標志點做標志物的話就需要足夠大的外部光源才能滿足條件，這對動態測量帶來很大的不便。綜上考慮，為了得到邊緣清晰的標志點圖像，同時方便后續求取平臺轉動角度，需要一種能夠主動發光、邊緣清晰、形狀特定的標志物。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種用于剛體平面運動位姿測量的視覺主動標志點，其不但可以主動發光，而且在相機成像中邊緣清晰、形狀規則，可用于平面高速運動物體位姿的實時高精度測量。

本發明通過下述技術方案實現：

一種用于剛體平面運動位姿測量的視覺主動標志點，包括基座4、LED點光源3、準直透鏡2、標志端蓋1；

所述基座4端部具有一平底凹槽，LED點光源3置于該平底凹槽并與平底凹槽的內底面固定，準直透鏡2中部具有一空腔2‐1，準直透鏡2設置在LED點光源上方，并使LED點光源3置于其空腔2‐1之中；

所述標志端蓋1設置在準直透鏡2的上方，用于通過壓緊準直透鏡2的上邊緣對準直透鏡2進行固定，標志端蓋1的內緣1‐1與平底凹槽的側壁間隙配合，并通過平底凹槽的側壁上的螺釘6對其進行緊固；

所述標志端蓋1上開設有光孔1‐2，該光孔1‐2即為視覺主動標志點。

所述準直透鏡2的空腔2‐1的內頂面為向下凸起的下凸圓弧曲面201，對應于下凸圓弧曲面201的準直透鏡2上表面的中部為向上凸起的上凸圓弧曲面202；準直透鏡2的外緣為向內凹陷的內凹圓弧曲面203，準直透鏡2的側表面為向外凸起的外凸圓弧曲面204；

其中下凸圓弧曲面201與上凸圓弧曲面202構成一對，使LED點光源3入射的光線經過下凸圓弧曲面201與上凸圓弧曲面202之后變成準直光線；

內凹圓弧曲面203與外凸圓弧曲面204構成另外一對，使LED點光源3入射的光線經過內凹圓弧曲面203與外凸圓弧曲面204后變成準直光線。

所述空腔2‐1為圓柱形空腔。

所述光孔1‐2為雙圓孔或者圓弧過渡矩形孔或者矩形孔。

所述LED點光源3固定在基板3‐1上，基板3‐1通過螺栓5與平底凹槽的內底面固定。

所述平底凹槽的內底面開設有與外部連通的孔4‐1，用于將LED點光源3的導線3‐3通過該孔引出。

本發明其不但可以主動發光，而且在相機成像中邊緣清晰、形狀規則，可用于平面高速運動物體位姿的實時高精度測量。

本發明這種主動標志點非常適合剛體平面3自由度的測量，可以適應測量范圍大，運動速度高等情況，并且無需額外提供光源。能給相機提供更好好的成像效果，提高精度的同時能夠加快處理速度。

附圖說明

圖1為本發明結構剖面示意圖。

圖2為標志端蓋的仰視示意圖。

圖3為準直透鏡的結構剖面示意圖。

圖4為LED點光源的結構示意圖。