[發明專利]一種近距離三維姿態測量方法

有效

• 申請號: 201810107136.0
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108458692B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 郝沖;王致強;吳易明;朱帆
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所;中國科學院大學;西安中科光電精密工程有限公司
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發明涉及一種近距離三維姿態測量方法，解決現有測量方法測量精度低、測量系統裝置復雜的問題。測量裝置包括合作目標、物鏡前組、物鏡中組、半透半反棱鏡、物鏡后組、成像接收單元、數據處理模塊和準直發射單元；準直發射單元包括點光源、準直擴束鏡組、分劃板和反射鏡，點光源通過準直擴束鏡組發出的光束被反射至半透半反棱鏡，反射后的光通過物鏡中組、物鏡前組射向平面反射鏡，被平面反射鏡反射后光束再沿著物鏡前組、物鏡中組、半透半反棱鏡和物鏡后組被成像接收單元接收；成像接收單元通過物鏡后組、半透半反棱鏡、物鏡中組和物鏡前組對合作目標上的合作標識進行成像，本發明還提供一種基于上述裝置的三維姿態測量方法。

技術領域

本發明涉及通用測角應用技術領域，具體涉及一種近距離三維姿態測量方法，主要應用于大型工程如橋梁大壩等形變監測、觀測雷達天線基座的三維姿態測量、立體結構件的空間姿態測量等三維姿態測量。

背景技術

在精密測量、大型工程監測、姿態角度等測量中，經常涉及到對待測物體空間姿態的測量，如建筑工程中鋼梁的安裝方向誤差測量、精密儀器裝配中結構件裝配誤差檢測、立方體基座姿態測量等。

目前的三維姿態測量方式，有基于針孔成像和雙矢量定姿原理的方法，其俯仰角、偏航角、滾動角的精度為9.9″、9.3″、80.2″(江潔等，大量程高精度三維姿態角測量系統設計[J].儀器儀表學報，2013.6:1247-1252.第34卷第6期)；有基于雙目視覺測量原理進行三維姿態測量的方法，其靜態測量精度為0.1°，動態測量精度為0.5°(阮利鋒等，基于標志點識別的三維位姿測量方法[J]，計算機應用，2008.11：2856-2862.第28卷第11期)；有弱透視成像模型單目相機測量的方法，在離相機1～3km成像時姿態測量誤差低于1.5°(趙汝進等，基于弱透視成像模型的目標三維姿態測量[J]，光子學報，2014.5：0512002(1-6).第43卷第5期)，但是以上方法具有測量精度低、測量系統裝置復雜等問題。

發明內容

本發明的目的是解決現有測量方法測量精度低、測量系統裝置復雜的問題，提供一種近距離三維姿態測量方法。

本發明的技術方案是：

一種近距離三維姿態測量裝置，包括合作目標、物鏡前組、物鏡中組、半透半反棱鏡、物鏡后組、成像接收單元、數據處理模塊和準直發射單元；所述合作目標安裝于待測對象上，包括用于準直測量的平面反射鏡和用于成像測量的合作標識；所述合作目標、物鏡前組、物鏡中組、半透半反棱鏡、物鏡后組、成像接收單元依次設置；所述準直發射單元包括依次設置的點光源、準直擴束鏡組、分劃板和反射鏡，點光源通過準直擴束鏡組發出的準直測量光束被反射鏡反射至半透半反棱鏡，被半透半反棱鏡反射后的光通過物鏡中組、物鏡前組射向平面反射鏡，被平面反射鏡反射后光束再沿著物鏡前組、物鏡中組、半透半反棱鏡和物鏡后組被成像接收單元接收；所述成像接收單元通過物鏡后組、半透半反棱鏡、物鏡中組和物鏡前組對合作目標上的合作標識進行成像；所述數據處理模塊與成像接收單元連接，對成像接收單元控制。

進一步地，所述合作目標的一側設置有主動照明模。

進一步地，所述合作目標為矩形平面反射鏡或圓形平面鏡加四點合作標識。

進一步地，所述分劃板為小孔分劃板。

進一步地，所述點光源為激光光源或LED光源。

進一步地，所述成像接收單元為成像傳感器，成像傳感器陣列的分辨率不小于400萬像素。

同時，本發明還提供一種基于上述測量裝置的近距離三維姿態測量方法，包括以下步驟：

1)在測量裝置正前方的成像準直瞄準區域內，將合作目標固裝在待測對象上；

2)求取橫滾角、俯仰角；

2.1)裝置上電，點光源發出的光被成像接收單元接收，對接收到的光亮點進行捕獲，并提取目標像素位置；