一种高精度Mark点的注册方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种高精度Mark点的注册方法，包括定位空间，定位空间内设有检测物体的Mark贴、第一定位传感器、安在Mark贴上的第二定位传感器及两个灯塔激光定位器，定位空间内设有相互独立的虚拟坐标系、工具坐标系及Mark坐标系；获取第一定位传感器的工具坐标系坐标；采集第一定位传感器的虚拟坐标系坐标，计算工具坐标系与虚拟坐标系的第一映射关系；获取Mark贴的Mark点坐标，采集第二定位传感器的虚拟坐标系坐标，计算工具坐标系与虚拟坐标系的第二映射关系；根据第一映射关系与第二映射关系计算工具坐标系与Mark坐标系的第三映射关系。本发明专利技术克服传统灯塔技术不能定位微小目标的缺陷，利用灯塔技术固有的优点，快速得到被测物体的虚拟坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度Mark点的注册方法
本专利技术涉及Mark定位
，具体涉及一种高精度Mark点的注册方法。
技术介绍
灯塔技术就是利用灯塔作为基站，发射信号与被测设备通信，从而完成定位的技术。每个灯塔可以发出水平和垂直两道平面红外激光，进行扫描，这两道激光可以扫描覆盖空间的所有物体。请求定位的设备安装若干红外传感器，这些红外传感器之间的空间位置是固定的。此时从灯塔角度看，可以等效为透视投影，利用透视投影变换可以得到所有传感器的平面图像。灯塔开始扫描时发出同步信号，传感器得到同步信号后开始计时，此时时间为t1，当某个传感器检测到激光后，时间记为t2，激光扫描是匀速进行的，设角速度为ω，那么可通过θ＝ω×(t2-t1)求得扫描角度，假设扫描中心(等效为摄像头光心)距离成像面为L，L为常量，则可通过下公式计算出被测物体上所有传感器在成像面上的坐标，即它们透视投影后的坐标值。此时，传统方法对求解位置的问题变为Perspective-n-Point，即通过透视投影得到的二维坐标值和透视投影前的对应三维坐标值来评估物体的位姿的方法，该技术可以对宏观物体进行高速、高精度的定位，但对于较小的物体，如Mark点，它本身的大小和传感器是一个量级的，因此便不能通过Perspective-n-Point估算位姿。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种高精度Mark点的注册方法，用以解决传统灯塔技术不能定位微小目标的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供一种：一种高精度Mark点的注册方法，包括定位空间，所述定位空间内设有至少3个安装在被检测物体上的Mark贴、安装在工具上的第一定位传感器、安装在Mark贴上的第二定位传感器及两个灯塔激光定位器，所述至少3个安装在被检测物体上的Mark贴不能处于同一平面内，所述定位空间内设有相互独立的虚拟坐标系、工具坐标系及Mark坐标系。获取第一定位传感器位于工具坐标系内的工具坐标系坐标。灯塔激光定位器采集第一定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述工具坐标系坐标与第一定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第一映射关系。获取至少3个Mark贴位于Mark坐标系内的Mark点坐标，灯塔激光定位器采集第二定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述Mark点坐标与第二定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第二映射关系。根据第一映射关系与第二映射关系计算工具坐标系与Mark坐标系的映射关系，得到第三映射关系。本专利技术实施例具有如下优点：本专利技术实施例为了克服传统灯塔技术不能定位微小目标的缺陷，对定位原理、使用方式提出了更改，并提出了虚拟坐标系的概念，可以利用灯塔技术固有的优点，快速得到被测物体的虚拟坐标。而且在定位速度、范围没有明显衰减的情况下，可以对微小物体进行定位；可以对无法进行精确传感器安装的物体进行定位。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种高精度Mark点的注册方法的整体结构图。图2为本专利技术实施例提供的一种高精度Mark点的注册方法的位于xy平面坐标系中设备结构图；图3为本专利技术实施例提供的一种高精度Mark点的注册方法的位于yz平面坐标系中设备结构图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。如图1所示，一种高精度Mark点的注册方法，包括定位空间，所述定位空间内设有至少3个安装在被检测物体上的Mark贴、安装在工具上的第一定位传感器、安装在Mark贴上的第二定位传感器及两个灯塔激光定位器，所述灯塔激光定位器的激光束使用50％占空比且频率为2MHz的PWM进行调制。所述至少3个安装在被检测物体上的Mark贴不能处于同一平面内，所述定位空间内设有相互独立且相互叠加的虚拟坐标系、工具坐标系及Mark坐标系。由于虚拟坐标系、工具坐标系及Mark坐标系之间相互独立且来源不同，该三者坐标系之间的尺度不同，因此需要通过以下方法可得到工具坐标系与Mark坐标系之间的映射关系。获取第一定位传感器位于工具坐标系内的工具坐标系坐标。在工具上设定至少3个工具映射坐标点，并在该工具映射坐标点上安装第一定位传感器，该工具映射坐标点为第一定位传感器的工具坐标系坐标。第一映射关系灯塔激光定位器采集第一定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述工具坐标系坐标与第一定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第一映射关系。所述第一映射关系的计算方法如下：设全部工具映射坐标点的坐标集合C1，设第一定位传感器位于虚拟坐标系内的坐标集合C2，设RTV为m×n阶旋转矩阵、TTV为m×n阶转换矩阵，则有方程：C2＝RTV*C1+TTV；使用奇异值分解SVD(SingularValueDecomposition)对上式进行计算；其中，centroidC1为C1的坐标平均值，centroidC2为C2的坐标平均值，H的奇异值分解得到矩阵U、Σ、V；[U,Σ,V]＝SVD(H)；其中，U是m×m阶酉矩阵，Σ是半正定m×n阶对角矩阵，而V，即RTV的共轭转置，是n×n阶酉矩阵；得到，RTV＝VUT，其中T代表TTV；TTV＝-RTV*centroidC1+centroidC2；灯塔无法进行绝对定位，所以引入了虚拟坐标系，虚拟坐标系跟真实世界坐标有一个比例关系，即虚拟坐标系与工具坐标系的尺度不同，假设尺度倍数为λ1，则有简化后得到其中，旋转矩阵转换矩阵第二映射关系获取至少3个Mark贴位于Mark坐标系内的Mark点坐标。灯塔激光定位器采集第二定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述Mark点坐标与第二定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第二映射关系。所述第二映射关系的计算方法如下：在被检测物体上设定至少3个物体映射坐标点，并在该物体映射坐标点上安装第二定位传感器，该物体映射坐标点为第二定位传感器的Mark点坐标；设全部物体映射坐标点的坐标集合D1，设第二定位传感器位于虚拟坐标系内的坐标集合D2，设RMV为m×n阶旋转矩阵、TMV为m×n阶转换矩阵，则有方程：D2＝RMV*D1+TMV；使用奇异值分解SVD(SingularValueDecomposition)对上式进行计算；其中，centroidD1为D1的坐标平均值，centroidD2为D2的坐标平均值，H的奇异值分解得到矩阵U、Σ、V；[U,Σ,V]＝SVD(H)；其中，U是m×m阶酉矩阵，Σ是半正定m×n阶对角矩阵，而V，即RMV的共轭转置，是n×n阶酉矩阵；得到，RMV＝VUT，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度Mark点的注册方法，其特征在于，包括定位空间，所述定位空间内设有至少3个安装在被检测物体上的Mark贴、安装在工具上的第一定位传感器、安装在Mark贴上的第二定位传感器及两个灯塔激光定位器，所述至少3个安装在被检测物体上的Mark贴不能处于同一平面内，所述定位空间内设有相互独立的虚拟坐标系、工具坐标系及Mark坐标系；获取第一定位传感器位于工具坐标系内的工具坐标系坐标；灯塔激光定位器采集第一定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述工具坐标系坐标与第一定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第一映射关系；获取至少3个Mark贴位于Mark坐标系内的Mark点坐标，灯塔激光定位器采集第二定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述Mark点坐标与第二定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第二映射关系；根据第一映射关系与第二映射关系计算工具坐标系与Mark坐标系的映射关系，得到第三映射关系。

【技术特征摘要】
1.一种高精度Mark点的注册方法，其特征在于，包括定位空间，所述定位空间内设有至少3个安装在被检测物体上的Mark贴、安装在工具上的第一定位传感器、安装在Mark贴上的第二定位传感器及两个灯塔激光定位器，所述至少3个安装在被检测物体上的Mark贴不能处于同一平面内，所述定位空间内设有相互独立的虚拟坐标系、工具坐标系及Mark坐标系；获取第一定位传感器位于工具坐标系内的工具坐标系坐标；灯塔激光定位器采集第一定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述工具坐标系坐标与第一定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第一映射关系；获取至少3个Mark贴位于Mark坐标系内的Mark点坐标，灯塔激光定位器采集第二定位传感器的虚拟坐标系坐标，根据所述Mark点坐标与第二定位传感器的虚拟坐标系坐标计算工具坐标系与虚拟坐标系的映射关系，得到第二映射关系；根据第一映射关系与第二映射关系计算工具坐标系与Mark坐标系的映射关系，得到第三映射关系。2.根据权利要求1所述的一种高精度Mark点的注册方法，其特征在于：所述工具为自带空间移动坐标系的智能设备。3.根据权利要求1所述的一种高精度Mark点的注册方法，其特征在于，所述灯塔激光定位器包括第一灯塔定位器与第二灯塔定位器，所述第一灯塔定位器与第二灯塔定位器具有严格的角色定义，二者不能替换，二者的激光扫描点一致且扫描方向相反，灯塔激光定位器采集定位传感器的虚拟坐标系坐标的具体方法如下，其中定位传感器为第一定位传感器或第二定位传感器：第一灯塔定位器与第二灯塔定位器相对设置且轴心合一，得到间距L；定位传感器坐标x值的计算方法xy平面坐标系中，L与定位传感器之间的夹角，得到第一灯塔定位器的扫描角度φ0与第二灯塔定位器的扫描角度φ1；根据角φ0与角φ1得到定位传感器到达第一灯塔定位器的连线a0与到达第二灯塔定位器的连线b0之间的夹角β，计算公式为β＝180°-φ0-φ1；计算a0与b0，根据正弦定理得到定位传感器与L之间的距离即x的坐标值，X的方向由第一灯塔定位器的扫描角度决定，当扫描角度为[0，90]之间时为正，扫描角度为(90，180]时为负x0＝a0×sinφ0；x1＝b0×sinφ1；由x0与x1求得融合公式x＝c*x0+(1-c)*x1；其中，c的取值范围为[0，1]；定位传感器坐标z值的计算方法yz平面坐标系中，其计算原理与坐标x同理，得到z＝c*z0+(1-c)*z1；其中，z0为定位传感器到达第一灯塔定位器的连线距离；z1为定位传感器到达第二灯塔定位器的连线距离；c的取值范围为[0，1]；定位传感器坐标y值的计算方法xy平面坐标系中y0＝a0×cosφ0；y1＝b0×cosφ1；其中y0为第一灯塔定位器与定位传感器之间的距离值；Y1为第二灯塔定位器与定位传感器之间的距离值；将y0与y1的公式融合，得到第一融合公式y00＝c0*y0+(1-c0)*y1；yz平面坐标系中y2＝a1×cosψ0；y3＝b1×cosψ1；其中y2为第一灯塔定位器与定位传感器之间的距离值；Y3为第二灯塔定位器与定位传感器之间的距离值；将y2与y3的公式融合，得到第二融合公式y11＝c1*y2+(1-c1)*y3；将第一融合公式与第二融合公式融合，得到y值计算公式y＝c2*y00+(1-c2)*y11；其中c0、c1、c2取值范围为[0，1]；综上得到定位传感器的虚拟坐标值(x，y，z)。4.根据权利要求3所述的一种高精度Mark点的注册方法，其特征在于，所述灯塔激光定位器采集定位传感器的旋转角度计算方法为：灯塔激光定位器在扫描开始时发出同步信号，定位传感器接收到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣军，李晓斌，张晶，
申请(专利权)人：华志微创医疗科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11