[發(fā)明專利]一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811631470.2
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109712157B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉志華;何姝熳;蔡晨光;楊明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量科學研究院;北京化工大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/60;G01P21/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟，

S1：鉛錘法確定重力場的方向，然后利用鉛垂線作為轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度初始基準；

S2：利用相機獲取轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)臺面的序列圖像，采用模板匹配法確定序列圖像的矩形靶標區(qū)域；

S3：基于Zernike矩的亞像素邊緣檢測方法實現(xiàn)矩形靶標特征邊緣提取；

S4：使用累計概率霍夫變換PPHT算法檢測矩形靶標的長邊，計算長邊緣直線與鉛垂線夾角，即為當前位置的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度；

S5：利用測量的旋轉(zhuǎn)角度計算加速度計的靈敏度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，其特征在于：

所述的鉛錘法是用于確定重力場方向，作為旋轉(zhuǎn)角度測量的基準；在重力作用下，當鉛錘靜止時，垂球線指向重力方向；

加速度計的實時靈敏度計算如下：

S_a為轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)任意角度的加速度計的靈敏度；V_a是加速度計在該角度下的輸出電壓；a為加速度計在該角度下沿輸入軸方向的重力加速度分量；轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)臺面轉(zhuǎn)動過程中，某一時刻加速度計沿輸入軸方向的重力加速度分量為：

a＝g_loc·cosθ (2)

g_loc為當?shù)刂亓铀俣龋沪葹橹亓龇较蚺c加速度計靈敏軸方向的夾角。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，其特征在于：

相機采集固定于旋轉(zhuǎn)臺面上的矩形靶標序列圖像；靶標由一個矩形與四個大小相同的圓組成；矩形靶標用于轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度檢測；為確定圖像中矩形靶標的位置，矩形的四個頂點位置外側(cè)設(shè)置大小相同的四個圓，利用圓的旋轉(zhuǎn)不變性，可精確定位矩形靶標區(qū)域；將靶標固定于旋轉(zhuǎn)臺面時使矩形長邊與加速度計靈敏軸重合，旋轉(zhuǎn)臺面與鉛垂線平行，且與相機光軸垂直，旋轉(zhuǎn)臺面、靶標、鉛垂線處于同一平面，故通過相機采集的圖像信息計算轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，其特征在于：

所述模板匹配確定旋轉(zhuǎn)臺面圖像的矩形靶標區(qū)域，選定一組不同尺寸大小的模板圖像{T_i}，然后利用歸一化相關(guān)性確定最佳匹配區(qū)域，歸一化相關(guān)性計算公式如下：

其中，S(i,j)與T(i,j)分別為旋轉(zhuǎn)臺面圖像與模板圖像在像素(i,j)處的灰度值，與分別為旋轉(zhuǎn)臺面圖像與模板圖像的灰度平均值，R(i,j)為(i,j)處的歸一化相關(guān)系數(shù)，將相關(guān)系數(shù)最大的模板作為最佳匹配結(jié)果；利用最佳匹配模板再次與目標圖像進行匹配，定位矩形靶標區(qū)域。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，其特征在于：

對于矩形靶標特征區(qū)域序列圖像，利用Canny算子提取相應(yīng)的像素級邊緣，邊緣像素點坐標為(x₀,y₀)，利用三灰度邊緣模型的Zernike矩方法提取亞像素的矩形特征邊緣，(x₀,y₀)的亞像素坐標(x_s,y_s)為：

其中，l表示圓心到邊緣的垂直距離，φ表示邊緣關(guān)于x軸所成的角度；考慮N×N的Zernike模板放大效應(yīng)，式(4)可改寫為式(5)：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，其特征在于：

采用累計概率霍夫變換PPHT算法提取矩形的長邊，獲取長邊的端點坐標；利用兩端點坐標計算長邊的斜率；設(shè)定旋轉(zhuǎn)臺面中心為原點，靶標長邊與鉛垂線共線且靶標位于原點上方時的旋轉(zhuǎn)角度為0°；長邊沿順時針方向旋轉(zhuǎn)的角度范圍為[0°，360°)；由長邊斜率與鉛垂線計算的夾角為所求轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，其特征在于：

轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度為被校加速度計靈敏軸與重力場方向的夾角θ，利用公式(2)計算此時加速度計的激勵加速度，利用同步采集的加速度計輸出電壓信號，由公式(1)計算得到被校加速度計在任意角度時的靈敏度；對于多軸加速度計，同時校準平行于旋轉(zhuǎn)臺面的兩個靈敏軸。