[發(fā)明專利]基于單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710599042.5
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107515012B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁媛;孫增玉;高越;劉華;劉柯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 任超

1.一種基于單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：?jiǎn)屋S旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)內(nèi)部測(cè)角器件的輸出信號(hào)通過(guò)同步觸發(fā)線傳遞給視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)的兩臺(tái)相機(jī)，作為視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)的同步信號(hào)；

S2：建立視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)坐標(biāo)系o-xyz與單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)坐標(biāo)系o′-x′y′z′之間的關(guān)系；

S2.1：建立單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)坐標(biāo)系o′-x′y′z′，已知由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)可解算出標(biāo)志點(diǎn)(2)在整周回轉(zhuǎn)過(guò)程中不同旋轉(zhuǎn)位置的坐標(biāo)值，可得單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)的中心軸線，此軸線作為單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)坐標(biāo)系的z′軸；再由z′軸與單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)的旋轉(zhuǎn)平面的交點(diǎn)作為單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)中心點(diǎn)，單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)中心點(diǎn)與標(biāo)志點(diǎn)(2)初始位置質(zhì)心的連線作為x′軸；y′軸則由右手法則確定，由此建立起旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系o′-x′y′z′，在此坐標(biāo)系下可測(cè)得標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)p′＝(x′,y′,z′)^T；

S2.2：在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)中，以左相機(jī)坐標(biāo)系作為視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)坐標(biāo)系o-xyz，通過(guò)位姿解算可得標(biāo)志點(diǎn)(2)在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)p＝(x,y,z)^T；

S2.3：分別獲得標(biāo)志點(diǎn)(2)多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位置處，在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)坐標(biāo)系o-xyz與單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)坐標(biāo)系o′-x′y′z′兩坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)值；再通過(guò)兩坐標(biāo)系之間變換公式(1)，可解算得到視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)坐標(biāo)系o-xyz相對(duì)與單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)坐標(biāo)系o′-x′y′z′間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣t，其變換公式如下：

p′＝Rp+t (1)

設(shè)標(biāo)志點(diǎn)(2)在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)坐標(biāo)系o-xyz與單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)坐標(biāo)系o′-x′y′z′兩坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)為P′＝(x′,y′,z′,1)^T與P＝(x,y,z,1)^T，可得：

式中，R為3×3正交單位矩陣，t為三維平移向量，0＝(0，0，0)^T，M_lr為4×4矩陣；

S2.4：通過(guò)剛體位姿解算算法，解得旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣t；

S3：為了保證數(shù)據(jù)采集的高度同步，事先對(duì)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)的相機(jī)快門延時(shí)進(jìn)行測(cè)量，在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)的同步信號(hào)中進(jìn)行相應(yīng)的超前補(bǔ)償；

S4：?jiǎn)屋S旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)按角速率w₁轉(zhuǎn)動(dòng)，并觸發(fā)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)采集圖像信息，單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)記錄標(biāo)志點(diǎn)(2)的旋轉(zhuǎn)角度值θ₀，視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)記錄標(biāo)志點(diǎn)(2)的旋轉(zhuǎn)角度值θ₁；

S5：得到視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)的動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差δ，δ＝θ₁-θ₀；

S6：不斷增加單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)的角速率，直到超出某一極限角速率w₀時(shí)，視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)同步采集圖像會(huì)出現(xiàn)拖影嚴(yán)重，無(wú)法辨識(shí)，此極限角速率w₀下即是視覺(jué)系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)測(cè)量能力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的方法，其特征在于：所述S2.3中，分別獲得不少于4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)位置處，在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)(5)坐標(biāo)系o-xyz與單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)坐標(biāo)系o′-x′y′z′兩坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的方法，其特征在于：還包括S7：使單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)分別在多個(gè)均勻分布且小于95％的w₀的角速率下轉(zhuǎn)動(dòng)，分別得到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差；并得到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差的重復(fù)性，以標(biāo)準(zhǔn)偏差σ表達(dá)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的方法，其特征在于：使單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)分別在不少于五個(gè)均勻分布且小于95％的w₀的角速率下轉(zhuǎn)動(dòng)。