基于宽波束激光测距和单摄像机的运动目标定位方法技术

本发明专利技术公开了一种宽波束激光测距仪和单摄像机对运动目标定位方法，要解决的技术问题是利用宽幅激光测距仪和单摄像机对运动目标进行高精度定位。技术方案是提前精确标定相机内参，将反射棱镜加装在待测目标上，使用宽波束激光测距仪实时测量待测目标到摄像机的距离，同时使用摄像机拍摄待测目标，得到摄像机到待测目标的高低角和方位角，最终得到空间目标的空间位置。本发明专利技术采用基于宽波束激光测距仪和单摄像机的摄像测量手段实现了对运动目标定位。可实现测量范围约10度，距离约5千米，精度可达到1米。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种宽波束激光测距仪和单摄像机对运动目标定位方法，要解决的技术问题是利用宽幅激光测距仪和单摄像机对运动目标进行高精度定位。技术方案是提前精确标定相机内参，将反射棱镜加装在待测目标上，使用宽波束激光测距仪实时测量待测目标到摄像机的距离，同时使用摄像机拍摄待测目标，得到摄像机到待测目标的高低角和方位角，最终得到空间目标的空间位置。本专利技术采用基于宽波束激光测距仪和单摄像机的摄像测量手段实现了对运动目标定位。可实现测量范围约10度，距离约5千米，精度可达到1米。【专利说明】
本专利技术涉及摄像测量、激光测距和目标定位等领域，具体涉及。
技术介绍
摄像测量技术利用运动目标和其在摄像机中成像的图像之间的共线关系测量目标的空间位置，具有低成本、高精度等优点，在目标定位领域已经有了比较成熟的应用。根据测量过程中使用摄像机数目的不同可以将摄像测量方法分为多目测量方法和单目测量方法。单目测量方法采用一台摄像机即可获得待测目标的空间位置，使用灵活，方法简单，有着广泛的应用。传统的单目测量采用一台摄像机和一台窄波束(一般小于I个毫弧度)激光测距仪分别测量待测目标的方位信息和距离信息，两者结合得到待测目标的空间位置。但这种方法需要将窄波束激光测距仪安装在转台上对目标进行跟踪，因此这种方法实现起来有一定的难度，成本也较高。
技术实现思路
本专利技术针对现有窄波束激光测距仪，在测量运动目标时，存在需要转台辅助跟踪的问题，提出一种利用宽波束激光测距仪和单摄像机对运动目标进行三维定位的方法。本专利技术的技术方案是使用宽波束激光测距仪测量待测目标与摄像机的距离，发射出以光轴为轴线的圆锥形宽波束激光波束，在这个宽波束所能照射的范围内，待测目标通过加装反射棱镜都可以被测距。结合摄像机测量得到的光心与待测目标的连线形成的空间角度对目标进行定位。具体为:将宽波束激光测距仪和单摄像机左右或上下固联在一起，组成测量系统，在待测目标加装反射棱镜，当目标进入测量范围内时，对目标进行测量。宽波束测距仪发射激光波束，待测目标上安装的反射棱镜接收到激光后向反方向反射，宽波束测距仪接收到反射回的激光，根据激光从发出到接收到回光的时间和光速，即可得到待测目标的距离。具体测量方法按以下步骤进行: 1、精确标定摄像机的内参数； 2、将宽波束激光测距仪和单摄像机左右或上下固联在一起，组成测量系统，保证安装的稳固性，在待测目标加装反射棱镜； 3、利用宽波束测距仪测量目标距离； 4、用摄像机对待测目标进行拍摄，提取待测目标的图像坐标。修正成理想像点后计算出目标在摄像机坐标系下的高低角和方位角； 5、利用待测目标的距离信息与空间角度信息计算出待测目标的空间坐标； 6、若需要将待测目标在摄像机坐标系下的坐标转换到任意坐标系下，只需要在摄像机视场方位内布置两个或两个以上控制点，同时测量摄像机在所求坐标系下的位置即可通过坐标转换得到任意坐标系下待测目标的位置。采用本专利技术可以达到以下技术效果: 1、本专利技术改变了传统窄波束激光测距仪需要转台对目标进行跟踪的测距方式。测量范围在以宽波束激光测距仪激光波束能覆盖的圆锥范围内。目前已实现的测量范围约10度，距离约5千米，精度可达到I米。2、本专利技术突破了传统摄像测量的应用范围，为一些特殊环境，如只能用一台摄像机且不便安装转台的条件下，应用摄像测量成为可能。3、与其它方法相比较，本专利技术原理与实现简单方便，经济实用。【专利附图】【附图说明】图1是宽幅激光测距仪测距的原理示意图， 图2是单摄像机对目标定向的原理不意图。【具体实施方式】1、利用张正友单相机标定方法(Z.Zhang, Flexible camera calibrationby viewing a plane from unknown orientations, proceedings of the FifthInternational Conference on Computer Vision, 1999，pp.666-673)精确标定摄像机的内参数，得到内参数矩阵【权利要求】1.，其特征在于: 将宽波束激光测距仪和单摄像机左右或上下固联在一起，组成测量系统，在待测目标加装反射棱镜，当目标进入测量范围内时，对目标进行测量，宽波束测距仪发射激光波束，待测目标上安装的反射棱镜接收到激光后向反方向反射，宽波束测距仪接收到反射回的激光，根据激光从发出到接收到回光的时间和光速，即可得到待测目标的距离； 具体测量方法按以下步骤进行: (1)、精确标定摄像机的内参数； (2)、将宽波束激光测距仪和单摄像机左右或上下固联在一起，组成测量系统，保证安装的稳固性，在待测目标加装反射棱镜； (3)、利用宽波束测距仪测量目标距离；待测目标上安装的棱镜接收到激光后向反方向反射，宽波束测距仪接收到反射回的激光，根据激光从发出到接收到回光的时间t，光速C，即可得到待测目标的距离D=U/2 ； (4)、用摄像机对待测目标进行拍摄，提取待测目标的图像坐标，修正成理想像点后计算出目标在摄像机坐标系下的高低角和方位角； (5)、利用待测目标的距离信息与空间角度信息计算出待测目标的空间坐标； (6)、若需要将待测目标在摄像机坐标系下的坐标转换到任意坐标系下，只需要在摄像机视场方位内布置两个或两个以上控制点，同时测量摄像机在所求坐标系下的位置即可通过坐标转换得到任意坐标系下待测目标的位置。2.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述步骤(4)，具体过程为: 首先对待测目标在图像上的坐标进行相差的修正得到理想像点(xy}, 根据已知的摄像机内参数求得理想像点到光心的距离: 3.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述步骤(5)具体过程为: 利用待测目标在摄像坐标系下的高低角、方位角和其与摄像机的距离D即可求出待测目标在摄像机坐标系的位置坐标分别为: 4.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述步骤(6)具体过程为: 测量光心位置(毛I； ZJ,控制点坐标(Xi K Zi) 1^12, 将空间坐标系原点移到光心位置，即用空间中的每个点的坐标减去光心位置的坐标，则光心坐标为(O O O),新的控制点的坐标为 【文档编号】G01S17/08GK103884334SQ201410139892【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日 【专利技术者】孙祥一, 赵哲, 周朗明 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于宽波束激光测距和单摄像机的运动目标定位方法，其特征在于：将宽波束激光测距仪和单摄像机左右或上下固联在一起，组成测量系统，在待测目标加装反射棱镜，当目标进入测量范围内时，对目标进行测量，宽波束测距仪发射激光波束，待测目标上安装的反射棱镜接收到激光后向反方向反射，宽波束测距仪接收到反射回的激光，根据激光从发出到接收到回光的时间和光速，即可得到待测目标的距离；具体测量方法按以下步骤进行:（1）、精确标定摄像机的内参数；（2）、将宽波束激光测距仪和单摄像机左右或上下固联在一起，组成测量系统，保证安装的稳固性，在待测目标加装反射棱镜；（3）、利用宽波束测距仪测量目标距离；待测目标上安装的棱镜接收到激光后向反方向反射，宽波束测距仪接收到反射回的激光，根据激光从发出到接收到回光的时间t，光速c，即可得到待测目标的距离；（4）、用摄像机对待测目标进行拍摄，提取待测目标的图像坐标，修正成理想像点后计算出目标在摄像机坐标系下的高低角和方位角；（5）、利用待测目标的距离信息与空间角度信息计算出待测目标的空间坐标；（6）、若需要将待测目标在摄像机坐标系下的坐标转换到任意坐标系下，只需要在摄像机视场方位内布置两个或两个以上控制点，同时测量摄像机在所求坐标系下的位置即可通过坐标转换得到任意坐标系下待测目标的位置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙祥一，赵哲，周朗明，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43