[發明專利]一種分布式大尺寸空間定位系統的外參數標定方法

有效

• 申請號: 201610822085.0
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN107817003B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 鐘征宇;劉青;賈昆
• 申請（專利權）人: 西安航通測控技術有限責任公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種分布式大尺寸空間定位系統的外參數標定方法，通過解決大尺寸空間測量系統標定過程繁瑣、系統全局優化對外參數初值敏感以及成本高等難點問題，提供一種使用二維標定桿，以假設發射機前方存在虛擬的投影平面的方法實現系統的初標定，再以Levenberg?Marquardt迭代優化，最小化目標函數的方法實現系統全局標定。該方法操作過程簡單，標定速度快，在提高系統測量精度和工作效率的同時可有效降低系統成本。

技術領域

本發明涉及一種用于分布式大尺寸空間定位系統的外參數標定方法。其原理是：首先以假設在發射機前方存在虛擬的投影平面，建立虛擬的發射機透視投影模型，實現每個標定單元的初標定，再以Levenberg-Marquardt迭代優化，最小化目標函數的方法實現系統全局標定。

背景技術

隨著航空、航天、船舶以及汽車等大型產品部件裝配及大部件對接裝配對精度定位、位姿實時測控的要求日益提高，大尺寸空間數字化測量系統及其應用技術受到工業界和學術界的廣泛關注。目前在國內外應用比較成熟的大尺寸測量技術主要包括激光跟蹤儀測量系統、大視場視覺測量系統以及經緯儀測量系統等。

分布式大尺寸空間定位系統主要由多個測量基站構成，可同時監測大型被測物的各個部件，實時性高，測量范圍大，通過增加基站的方式協調了測量精度與大尺寸空間的矛盾，應用前景廣泛。在進行測量之前，需要建立系統世界坐標系和各測量基站之間的位置關系，即進行系統外參數標定，而現有的外標定方法通常使用其它輔助測量設備，或需要增加額外約束條件，容易增加額外誤差源，且操作過程較繁瑣，成本高，不利于現場應用。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明目的在于提供一種分布式大尺寸空間定位系統的外參數標定方法，實現系統的快速、精確標定，從而實現高精度、全方位的大尺寸空間測量。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

1)在發射機旋轉平臺內部安裝兩個近紅外線激光器，發射機旋轉平臺在伺服電機的驅動下繞旋轉軸逆時針勻速旋轉，并實時地向測量空間發出兩個具有固定傾斜角的扇形激光平面和LED同步光信號，LED同步光信號作為激光平面旋轉周期的零位信號；

2)根據測量空間合理布置發射機網絡，各臺發射機分別設置固定轉速，以2500r/min為起點，每臺發射機依次增加100r/min，并以逆時針方向對發射機進行編號；

3)放置標定桿，建立各發射機自身坐標系，具體方法是以兩個激光平面在旋轉軸上的交點為坐標系原點，沿發射機旋轉軸向下為Y軸正向，以激光平面1掃過標定桿左側接收器時與垂直Y軸平面的交線為Z軸，并以指向左側接收器的方向為Z軸正向，通過右手定則確定X軸方向；

4)每兩臺發射機作為一個標定單元，對標定單元進行編號，并以一號發射機坐標系作為世界坐標系，用固定長度的標定桿采集標定點數據，建立標定點點集；

5)分別進行單個標定單元標定，假設在垂直于發射機Z軸正向特定位置處存在一個虛擬的投影平面，計算標定點在虛擬投影平面上的投影點坐標，模型如下：

其中，P＝(x y z)：標定點在虛擬投影平面上的投影點P坐標；

Az：標定點在發射機坐標系下的水平角；

Pa：標定點在發射機坐標系下的俯仰角；

d：假設在z＝d處存在虛擬的投影平面；

6)建立虛擬的發射機透視投影模型，計算標定點在虛擬的投影平面上的投影點坐標，并通過平移變換和縮放變換進行投影點集的坐標變換，模型如下：

P'＝MP和M＝ST_S

其中，P：根據第5步得到的虛擬投影平面上的投影點坐標；