[發明專利]基于V型激光標靶圖像識別的掘進機位姿檢測系統及方法

有效

• 申請號: 202010417941.0
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111536955B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 董海波;梁洪源;譚渝;徐繼遠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01C1/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

1.基于V型激光標靶圖像識別的掘進機位姿檢測系統，其特征在于，包括：

十字激光指向儀，用于形成十字交叉線圖像的激光投影；

半透光式V型激光標靶，用于將十字激光指向儀向半透光式V型激光標靶照射照射形成的激光投影l₁、l'₁、l₂、l'₂與激光標靶上參考點P₁ P₁₀的連線相交的7個特征點A、B、C、D、E、F、G；

數字攝像機，用于采集激光標靶上的圖像；

圖像處理計算機，用于進行如下操作：

建立巷道坐標系和掘進機機身坐標系雙坐標系模型，雙坐標系模型分別表示為O_aX_aY_aZ_a和O_bX_bY_bZ_b；

將激光標靶上的激光投影l₁、l'₁、l₂、l'₂與激光標靶上參考點P₁ P₁₀的連線相交的7個特征點A、B、C、D、E、F、G換算到機身坐標系中，表示為

通過7個特征點可求得機身坐標系下的兩個激光平面a(ABE)和平面b(CDF)和對應的法向量

通過可求得機身坐標系下平面X_aO_aZ_a的法向量

將法向量繞十字激光中心線l₀為旋轉軸順時針轉動45°可求得平面X_aO_aY_a和平面Y_aO_aZ_a的法向量通過一次平移變換M_t和兩次旋轉變換M_r1、M_r2將旋轉軸l₀變換為Y_b軸，再通過相應的逆變換將對應的法向量和旋轉軸Y_b軸變換為法向量和旋轉軸l₀；

其中，通過平面a和平面b的平面方程求出旋轉軸l₀的直線方程，通過求機身坐標系原點O_b且垂直旋轉軸l₀于點P的直線方程l₃，通過求出點P的坐標(x₀ y₀ z₀)，得到平移變換M_t：

通過將旋轉軸l₀經過平移變換M_t變換為直線l'₀，取直線l'₀的單位向量(x₁ y₁ z₁)，求出點位向量在平面X_bO_bZ_b上的投影得到旋轉變換M_r1、M_r2：

法向量表示為：

旋轉變換M_y為繞Y_b軸順時針旋轉45°所對應的變換，旋轉變換M_y為：

分別求出法向量對應的單位法向量

對單位法向量矩陣右乘轉換矩陣R進行坐標變換N'·R＝E，得到巷道坐標系下的機身方向向量：

掘進機機身相對巷道坐標系下的偏向角α、俯仰角β、滾動角γ可表示為：

取十字激光在激光標靶上投影的相交點G為參考點，求出該點與初始位置的偏移量(ΔXΔZ)，設點G偏移后變換為點G'，則偏移量(ΔXΔZ)的計算方法為：

其中，

(X'_G Y'_GZ'_G 1)＝(X_G Y_GZ_G 1)·M_α·M_β·M_γ；