[發明專利]一種基于雙目視覺的對稱運動平臺位姿測量方法

有效

• 申請號: 201710444421.7
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107292927B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 王曉光;周凡桂;張月光;戴龍鵬;林麒
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/80;G06T7/13;G01B11/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種基于雙目視覺的對稱運動平臺位姿測量方法，涉及位姿測量。在平臺表面設計不同形式的靶標，用于識別不同的靶標面；設置2個相機，由2個相機組合視場完全覆蓋靶標的運動范圍；分別對單個相機的內參、2個相機和各個側靶標面與頂靶標面之間的相對位姿進行標定；在平臺運動初始位置建立世界坐標系o_w?x_wy_wz_z；對運動平臺進行圖像采集與處理，提取靶標信息；對成像效果進行判斷，確定靶標解算方法，并根據空間幾何關系，解算出運動平臺相對世界坐標系的位姿。可適用于對稱、多面、形狀規則的空間六自由度運動平臺的位姿測量。結構簡單、方便靈活、應用場景更廣。

技術領域

本發明涉及位姿測量，尤其是涉及一種基于雙目視覺的對稱運動平臺位姿測量方法。

背景技術

位姿測量是對目標對象相對于參考坐標系的位置和姿態的測量，它是測量控制領域的重要研究內容，在眾多領域應用時都很關鍵。

現有位姿的測量方法大致可以分為兩類：一類是內側法，即在目標對象內部安裝慣性傳感器測量系統，對測量數據進行處理、計算后得出目標對象的位姿；另一類是外測法，即在目標對象表面設計靶標，利用相機對靶標進行圖像采集并進行圖像處理，建立相應的數學模型，實現對目標對象位姿的測量。由這兩類位姿測量方法衍生出許多具體的位姿測量方法，比如單目視覺、雙目視覺、航姿參考系統、慣性測量單元等等。

雖然有較多方法可以測量位姿，但是對于空間六自由度運動物體的位姿測量而言，多數都存在一定的限制。例如單目視覺，雖然精度比較高，但相機的視場相對雙目視覺較小，比較適合測量靜態或運動范圍很小的物體的位姿，對于較大空間運動的物體很有可能無法獲取目標對象表面完整靶標，從而無法解算位姿；航姿參考系統，其精度與地球的重力場和磁場有較大關系，在失重環境下無法正常工作，而且航姿參考系統在位姿計算過程中會產生漂移，魯棒性不強，總體誤差相對于視覺較大；慣性測量單元與航姿參考系統類似，也存在一定的局限性。

使用雙目視覺手段，可以有效地擴大視場，且系統穩定性強，精度高，誤差小，對環境要求不高，可以有效彌補上述測量方法所存在的缺陷。

針對規則對稱運動平臺的高精度位姿測量，采用雙目視覺測量方法，不僅需要合理設計靶標，以及相機安裝方式，以滿足平臺運動范圍的要求；還需對單目、雙目相機，以及不用靶標面之間的相對位姿進行標定；并根據成像效果，確定解算方案，以滿足運動平臺的實時高精度位姿測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙目視覺的對稱運動平臺位姿測量方法。

本發明包括以下步驟：

1)在平臺表面設計不同形式的靶標，用于識別不同的靶標面；

2)設置2個相機，由2個相機組合視場完全覆蓋靶標的運動范圍；

3)分別對單個相機的內參、2個相機和各個側靶標面與頂靶標面之間的相對位姿進行標定；

4)在平臺運動初始位置建立世界坐標系o_w-x_wy_wz_z；對運動平臺進行圖像采集與處理，提取靶標信息；

5)對成像效果進行判斷，確定靶標解算方法，并根據空間幾何關系，解算出運動平臺相對世界坐標系的位姿。

在步驟1)中，所述不同形式的靶標的相關設計原則可包括：

(1)靶標的設計基于PnP(Perspective n Points)理論，具體可以根據靶標標志點的形狀、大小或數量等物理特征設計；

(2)可以使用棋盤或是圓點等已有的標定板作為靶標，其目的在于程序識別不同的靶標面；