[發明專利]用于全視角掃描測量系統的靶標空間交會測量方法

有效

• 申請號: 201710500783.3
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107339935B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 楊超;張衛攀;馬燕飛;張華;黃勇;麻彥軒
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城航空測控技術研究所;中航高科智能測控有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明公開了全視角掃描測量系統的外部參數空間交會測量方法。全視角掃描測量系統包括至少兩個測量站，每個測量站以多棱鏡鼓作為掃描轉鏡同步掃描獲取測量站所面向的測量場的整體空間內的同一被測靶標的圖像，該方法包括：對獲取的圖像進行處理得到同一被測靶標在各測量站坐標系下的圖像像素坐標；根據圖像像素坐標計算同一被測靶標相對各測量站的方位角度信息；標定系統外部參數，通過外部參數修正測量模型，對同一被測靶標相對各測量站的方位角度信息進行三維坐標解算，得到被測靶標在系統空間坐標系下的經系統外參標定后的空間三維坐標值。該方法用外參補償測量模型，測量得到的靶標的三維坐標精度較高。

技術領域

本發明涉及空間三維坐標的測量技術領域，尤其涉及一種用于全視角掃描測量系統的靶 標空間交會測量方法。

背景技術

隨著大型飛機、載人航天和大型雷達等國家重要工程的快速推進，對大型零件設備的變 形和大空間內物體的運動狀態的實時監測技術得到了快速發展。計算機技術、電子技術、光 學技術的日趨完善以及圖像處理、模式識別等技術的不斷進步已逐漸為大型構件和設備狀態 信息的監測提供一定支持。

目前，大型構件和設備狀態檢測主要包括接觸式和非接觸式兩種。接觸式狀態檢測技術 主要包括：人工采用卡具測量和三坐標測量機。人工采用卡具測量的操作簡單、成本低，是 目前生產中較多采用的一種測量方法，但測量效率低、精度差。三坐標測量機是完成三坐標 測量的通用設備，具有很好的測量精度，但測量范圍有限。非接觸式檢測技術主要有激光跟 蹤儀、3D激光測距儀、全站儀、經緯儀、視覺檢測技術等。激光跟蹤儀、3D激光測距儀、 全站儀及經緯儀適于一般現場條件，但普遍存在視場角小、測量效率低，一次只能實現單點 測量，無法實現大型構件或設備的表面信息測量。而且，要利用現有的三維測量系統進行全 視角的測量，則要進行多次不同角度的圖像采集，采集完畢后要通過對多次采集到的圖像進 行拼接才能形成一幅水平全視角的圖像，這個過程采集較為繁瑣，圖像拼接過程耗時耗力， 從而使得空間三維坐標的求取過程非常耗時，且由于拼接圖片過程存在誤差，使得空間三維 坐標精度較低。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供全視角掃描測量系統的外部參數空間交會 測量方法，該方法適應于以多棱鏡鼓作為掃描轉鏡的測量站，而且，通過本方法測量得到的 靶標所處的三維坐標精度較高。

發明方案：全視角掃描測量系統的外部參數空間交會測量方法，所述全視角掃描測量系 統包括靶標、測量站、空間三維坐標獲取模塊，其測量站由八棱鏡鼓、單軸轉臺、線陣相機、 f-θ光學鏡頭、圖像處理模塊構成，全視角掃描測量系統至少包含兩個測量站，

其特征在于，建立測量坐標系，建立測量坐標系，以左側測量站的中心為測量坐標系原 點O，線陣相機光軸為X軸，單軸轉臺的旋轉軸線為Z軸，方向向上，Y軸方向通過右手法則得到，標定獲取全視角掃描測量系統的外部參數，通過外部參數修正測量模型，利用空間交會測量方法得到被測靶標在測量坐標系下空間三維坐標值。全視角掃描測量系統的外部參 數空間交會測量計算方法如下：

其中，X、Y、Z表示被測靶標在系統空間坐標系下的空間三維坐標， X_l＝cotα_A,X_r＝cotα_B,Z_l＝tanβ_A/sinα_A,Z_r＝tanβ_B/sinα_B，(α_A,β_A)表示同一被測靶標相對左 側測量站的水平角度和垂直角度，(α_B,β_B)表示同一被測靶標相對右側測量站的水平角度和垂 直角度，以左側測量站的坐標系為測量坐標系，右側測量站的坐標系到測量坐標系的旋轉矩 陣表示為R，位移矢量為T，則

通過如下步驟獲取旋轉矩陣R和位移矢量T：