[發(fā)明專利]一種基于EKF激光測距輔助單目視覺測量方法和系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810153905.0 | 申請日： | 2018-02-22 |
| 公開（公告）號： | CN108362266B | 公開（公告）日： | 2020-05-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 朱莊生;袁學(xué)忠;劉剛;李建利;顧賓;王世博;鄒思遠 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京航空航天大學(xué) |
| 主分類號： | G01C11/02 | 分類號： | G01C11/02;G01S17/08 |
| 代理公司： | 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265 | 代理人： | 李鑫 |
| 地址： | 100191*** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 ekf 激光 測距 輔助 目視 測量方法 系統(tǒng) | ||
1.一種基于EKF激光測距輔助單目視覺測量方法，其特征在于，包括步驟：
將相機與激光測距儀剛性固連，設(shè)計表面設(shè)有漫反射區(qū)域和發(fā)光的特征點的靶標，所述漫反射區(qū)域用于反射所述激光測距儀發(fā)出的激光；
基于EKF方法，建立所述相機和所述激光測距儀的坐標關(guān)系；
根據(jù)所述坐標關(guān)系，將所述激光測距儀的實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到所述相機的相機坐標系下，對所述相機測量的特征點的光軸向坐標進行修正；
所述步驟基于EKF方法建立所述相機和所述激光測距儀的坐標關(guān)系包括步驟：
建立EKF方法的狀態(tài)模型為：
其中，是所述激光測距儀出光點在所述相機坐標系的三維坐標，cosθ是激光測距儀出光點和所述相機坐標系原點連線的方向矢量與所述激光測距儀的光軸方向矢量夾角余弦值；
建立EKF方法的量測模型Z為：
其中，L為激光測距儀量測值，M為激光物點與相機坐標系原點之間的距離；
所述步驟根據(jù)所述坐標關(guān)系，將所述激光測距儀的實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到所述相機的相機坐標系下，對所述相機測量的特征點的光軸向坐標進行修正，具體包括步驟：
利用所述靶標上的激光點坐標和特征點坐標，獲取所述激光點和所述特征點間矢量關(guān)系，然后通過余弦定理，計算所述特征點在Z軸方向的坐標數(shù)據(jù)；
將相機測量得到的X、Y軸方向坐標、余弦定理計算的光軸向坐標作為所述特征點新的三維坐標，由三個特征點建立矢量，計算新的姿態(tài)：
其中，為激光點在相機坐標系的三維坐標，為相機測量得到的X、Y軸坐標，為更新后的Z軸坐標；為特征點的物坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EKF激光測距輔助單目視覺測量方法，其特征在于：所述步驟設(shè)計表面設(shè)有特征點和漫反射區(qū)域的靶標，包括步驟：
設(shè)計采用玻璃材料制成的背光源式靶標，在所述靶標的表面設(shè)置均勻點陣分布的多個發(fā)光的陣列圓作為特征點，所述靶標表面所述特征點以外的區(qū)域為漫反射區(qū)域，所述漫反射區(qū)域鍍有反射薄膜，用于反射所述激光測距儀所用波長的激光。
3.一種基于EKF激光測距輔助單目視覺測量裝置，其特征在于，包括相機、激光測距儀、靶標和測量模塊；
所述相機與所述激光測距儀剛性固連；
所述靶標的表面設(shè)有漫反射區(qū)域和發(fā)光的特征點，所述漫反射區(qū)域用于反射所述激光測距儀發(fā)出的激光；
所述測量模塊，用于基于EKF方法，建立所述相機和所述激光測距儀的坐標關(guān)系；并根據(jù)所述坐標關(guān)系，將所述激光測距儀的實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到所述相機的相機坐標系下，對所述相機測量的特征點的光軸向坐標進行修正；
所述測量模塊，用于：
建立EKF方法的狀態(tài)模型為：
其中，是所述激光測距儀出光點在所述相機坐標系的三維坐標，cosθ是激光測距儀出光點和所述相機坐標系原點連線的方向矢量與所述激光測距儀的光軸方向矢量夾角余弦值；
建立EKF方法的量測模型為：
其中，L為激光測距儀量測值，M為激光物點與相機坐標系原點之間的距離。
所述測量模塊，用于：
利用所述靶標上的激光點坐標和特征點坐標，獲取所述激光點和所述特征點間矢量關(guān)系，然后通過余弦定理，計算所述特征點在Z軸方向的坐標數(shù)據(jù)；
將相機測量得到的X、Y軸方向坐標、余弦定理計算的光軸向坐標作為所述特征點新的三維坐標，由三個特征點建立矢量，計算新的姿態(tài)：
其中，為激光點在相機坐標系的三維坐標，為相機測量得到的X、Y軸坐標，為更新后的Z軸坐標；為特征點的物坐標。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于EKF激光測距輔助單目視覺測量裝置，其特征在于，所述靶標為采用玻璃材料制成的背光源式靶標，所述靶標的表面設(shè)有均勻點陣分布的多個發(fā)光的陣列圓作為特征點，所述靶標的表面所述特征點以外的區(qū)域為漫反射區(qū)域，所述漫反射區(qū)域鍍有反射薄膜，用于反射所述激光測距儀所用波長的激光。
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