[發明專利]一種光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統及方法

有效

• 申請號: 201910409117.8
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110017810B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 熊芝;閆坤;夏志鵬;勞達寶;周維虎;聶磊;陳濤
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01B11/00
• 代理公司: 11002 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 王慶龍;李相雨

1.一種光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統，其特征在于，包括：合作目標、單目視覺測量單元、激光跟蹤測量單元以及計算單元；其中，

所述合作目標固定設置在被測物上，所述單目視覺測量單元和所述激光跟蹤測量單元分別固定設置在預設位置；

所述合作目標包括二維PSD模塊、角錐棱鏡以及四個特征靶標點；所述二維PSD模塊包括二維PSD和數據處理子模塊，所述角錐棱鏡的透光面與所述二維PSD的感光面平行，且所述角錐棱鏡的頂點與所述二維PSD的感光面相距預設距離設置，所述角錐棱鏡的頂點處開有透光孔，所述激光跟蹤測量單元發射的激光束經所述角錐棱鏡的透光面后再通過所述透光孔打在所述二維PSD的感光面上形成光斑，所述四個特征靶標點構成的平面與所述二維PSD的感光面平行，所述四個特征靶標點分為第一特征靶標點、第二特征靶標點、第三特征靶標點以及第四特征靶標點，所述第一特征靶標點和所述第三特征靶標點分別設置在預設1/4圓弧的兩個端點，所述第二特征靶標點設置在所述預設1/4圓弧的中點，所述第一特征靶標點到所述第三特征靶標點之間連線的長度與所述第二特征靶標點到所述第四特征靶標點之間連線的長度的比值為預設值；

所述數據處理子模塊用于獲取所述光斑在第一坐標系中的坐標；其中，所述第一坐標系為處在所述感光面上的二維坐標系；

所述單目視覺測量單元用于通過所述四個特征靶標點獲取所述合作目標在第二坐標系中的滾動角度；其中，所述第二坐標系為原點與所述角錐棱鏡的頂點重合的三維坐標系，且所述第二坐標系的Z軸通過所述第一坐標系的原點，所述第二坐標系的Z軸垂直于所述二維PSD的感光面；

所述激光跟蹤測量單元用于獲取所述角錐棱鏡的頂點在第三坐標系中的坐標；其中，所述第三坐標系為所述激光跟蹤測量單元的測量坐標系；

所述計算單元用于根據所述光斑在第一坐標系中的坐標和所述預設距離，獲取所述光斑在所述第二坐標系中的坐標；根據所述角錐棱鏡的頂點在第三坐標系中的坐標，獲取所述激光束在所述第三坐標系中對應的第一空間向量，根據所述光斑在所述第二坐標系中的坐標，獲取所述激光束在所述第二坐標系中對應的第二空間向量；根據所述第一空間向量、所述第二空間向量以及所述合作目標在第二坐標系中的滾動角度，獲取所述合作目標在所述第三坐標系的姿態角，即得到所述被測物的姿態角；

其中，所述單目視覺測量單元具體用于：

在進行姿態角測量前，利用所述單目視覺單元的相機采集所述合作目標在水平狀態下所述四個特征靶標點的第一圖像，在進行姿態角測量時，利用所述單目視覺單元的相機采集所述四個特征靶標點的第二圖像；

根據所述第一圖像和所述第二圖像獲取所述第一特征靶標點、所述第二特征靶標點及所述第三特征靶標點的縱向投影比；

根據所述縱向投影比，得到所述合作目標在所述第二坐標系中的滾動角度；

所述縱向投影比的計算公式如下：

l＝(y₁-y₂)/(y₂-y₃)

其中，l為縱向投影比，y₁、y₂及y₃分別為第一特征靶標點、第二特征靶標點及第三特征靶標點的在第二坐標系下的縱坐標；

根據所述縱向投影比計算所述滾動角度的公式如下：

其中，為所述滾動角度。

2.根據權利要求1所述光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統，其特征在于，所述激光跟蹤測量單元為激光跟蹤儀或全站儀，所述單目視覺測量單元中的相機為CCD相機。

3.根據權利要求1所述光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統，其特征在于，在所述透光孔靠近所述二維PSD的一側設置有圓形光闌。

4.根據權利要求1所述光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統，其特征在于，在所述二維PSD感光面上設置有濾光片。

5.根據權利要求1所述光電位置傳感器與單目視覺組合姿態測量系統，其特征在于，所述四個特征靶標點中的每個特征靶標點由強反射材料或紅外LED制成。