[發明專利]一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法

有效

• 申請號: 201811631470.2
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109712157B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 劉志華;何姝熳;蔡晨光;楊明
• 申請（專利權）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權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，該校準方法主要包括：提出鉛錘法確定重力場的方向，然后利用鉛垂線作為轉臺的旋轉角度初始基準；利用單目視覺系統拍攝旋轉臺面圖像，利用模板匹配法確定旋轉臺面圖像中的矩形靶標特征區域；基于Zernike矩方法實現矩形靶標特征邊緣的亞像素提?。皇褂美塾嫺怕驶舴蜃儞QPPHT算法提取矩形靶標的長邊，該邊與鉛垂線的夾角即為當前位置轉臺的旋轉角度；利用測量的旋轉角度計算加速度計的靈敏度，可實現任意旋轉角度的重力場法加速度計校準。本方法解決了傳統重力場法加速度計校準存在校準精度有限，且校準多軸加速度計時存在安裝誤差的不足。

技術領域

本發明屬于振動計量與測試領域，尤其涉及任意旋轉角度的高精度、穩定的重力場法加速度計校準。

背景技術

加速度計測量數據的有效性和可靠性需要通過定期校準來保障，加速度計校準是確保加速度計準確測量的重要手段。

常用的加速度計校準方法包括激光干涉法、比較法、互易法、地球重力場法。激光干涉法分為條紋計數法與正弦逼近法；比較校準法是將被校加速度計的輸出與已知的參考標準加速度計輸出進行比較，計算被校加速度計的靈敏度；互易法校準利用可逆、無源和線性加速度計的輸出和輸入存在的互換關系，計算加速度計的靈敏度。激光干涉法校準系統成本較高，且目前的校準裝置僅適用于單軸向加速度計校準；比較校準法、互易法無法滿足低頻范圍內高精度加速度計校準的需求。重力法利用轉臺向被校低頻加速度計及測量儀器提供精確已知的當地重力加速度作為激勵實現高精度的校準，其操作簡單方便，且成本低。

傳統的重力場校準方法使用兩點法進行加速度計校準，重力場方向的未精確確定會降低其校準精度?；阢U垂法原理的重力場定向方法簡單實用。基于單目視覺的測量方法具有非接觸、高精度、動態范圍大的優點，已廣泛用于許多精密測量領域。因此，針對目前重力場法加速度計較準方法未精確定位重力場方向，對多軸向加速度計的靈敏度校準時存在重復安裝誤差，本發明提出一種單目視覺方法測量旋轉角度，以適用于低頻、任意旋轉角度的重力場法加速度計校準。

發明內容

針對目前重力場法加速度計校準方法僅適用于兩點法單軸加速度計校準、校準精度有限等不足，本發明采用的技術方案為一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，包括：

重力場定向：采用鉛錘法確定重力場方向，作為旋轉角度的測量基準；

矩形靶標圖像檢測：相機采集旋轉臺面靶標圖像，基于模板匹配法確定矩形靶標區域；

序列靶標圖像的特征邊緣提取：基于Zernike矩方法提取序列圖像的亞像素矩形邊緣；

轉臺旋轉角度測量：基于累計概率霍夫變換PPHT算法檢測矩形長邊，計算長邊斜率和鉛錘線方向的夾角，以確定轉臺的旋轉角度；

一種基于單目視覺的重力場法加速度計校準方法，該方法包括以下步驟，

S1：鉛錘法確定重力場的方向，然后利用鉛垂線作為轉臺的旋轉角度初始基準；

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

S3：基于Zernike矩的亞像素邊緣檢測方法實現矩形靶標特征邊緣的高精度提取；

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，即為當前位置的轉臺旋轉角度；

S5：利用測量的旋轉角度計算加速度計的靈敏度。

所述的鉛錘法是用于確定重力場方向，作為旋轉角度測量的基準，以提高精度；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：