基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法及系统，该单目视觉系统包括X型特征标识、单目相机、照明光源及倾角传感器，方法包括：建立前盾坐标系、后盾坐标系及相机所在的测量系统坐标系，对各坐标系进行标定；获取相机采集的X型特征标识的图像数据，根据图像数据确定图像中的X型特征标识的二维坐标；根据多个X型特征标识的标定坐标及所述二维坐标进行PnP解算，确定前盾坐标系相对于测量系统坐标系的旋转平移关系，结合测量系统坐标系与后盾坐标系的标定结果，确定前盾相对于后盾的六自由度信息，根据倾角数据对该六自由度信息进行修正。本发明专利技术通过设置X型光学特征标识搭载单目相机及倾角传感器进行位姿测量，测量精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法及系统
本专利技术涉及盾构角度测量
，尤其涉及一种基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法及系统。
技术介绍
双护盾硬岩隧道掘进机是一种使用盾构法的隧道掘进机，双护盾硬岩隧道掘进机包括前盾和后盾，其中，前盾设置刀盘及其驱动、主轴承等，后盾体设置支撑设备，前盾和后盾之间通过伸缩油缸连接，伸缩油缸通过前后伸缩实现前盾相对后盾的前后伸缩，从而实现前盾相对后盾的运动，前后距离变动范围可达3.5m至5m。双护盾硬岩隧道掘进机可解决小半径转弯隧道，岩石强度高，岩石性质复杂等问题，其具备施工速度快、效率高、质量优特点，在硬岩隧道的掘进施工中成为首要选择。在掘进施工过程中，采用盾构法的隧道掘进机只能前进无法后退，因此，需要实时精确测量盾体的位姿，并结合既定的隧道设计曲线，及时调整盾体的位姿，从而控制掘进机的实际掘进线路与既定隧道设计曲线之间的偏差。目前，用于双护盾硬岩隧道掘进机的姿态定位包括陀螺仪测量系统及激光标靶测量系统，陀螺仪测量系统通过陀螺仪测量盾体的位置姿态，陀螺仪的测量精度受施工过程中振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法，用于对双护盾的前盾与后盾之间的相对六自由度信息进行测量，其特征在于，所述单目视觉系统包括设置于前盾后端面的多个具有反光特性的X型特征标识，设置于后盾前端面的单目相机及照明光源，与所述前盾同轴设置的第一倾角传感器，与所述后盾同轴设置的第二倾角传感器，所述方法包括以下步骤：/n建立前盾坐标系、后盾坐标系及单目相机所在的测量系统坐标系，对所述前盾坐标系、后盾坐标系及测量系统坐标系进行标定，存储标定结果；/n启动测量，获取单目相机采集到的X型特征标识的图像数据，根据所述图像数据确定图像中的X型特征标识的二维坐标；/n根据前盾后端面上的多个X型特征标识的...

【技术特征摘要】
1.一种基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法，用于对双护盾的前盾与后盾之间的相对六自由度信息进行测量，其特征在于，所述单目视觉系统包括设置于前盾后端面的多个具有反光特性的X型特征标识，设置于后盾前端面的单目相机及照明光源，与所述前盾同轴设置的第一倾角传感器，与所述后盾同轴设置的第二倾角传感器，所述方法包括以下步骤：
建立前盾坐标系、后盾坐标系及单目相机所在的测量系统坐标系，对所述前盾坐标系、后盾坐标系及测量系统坐标系进行标定，存储标定结果；
启动测量，获取单目相机采集到的X型特征标识的图像数据，根据所述图像数据确定图像中的X型特征标识的二维坐标；
根据前盾后端面上的多个X型特征标识的第一三维标定坐标及所述二维坐标进行PnP解算，获取前盾坐标系相对于测量系统坐标系的第一旋转平移关系，结合标定得到的后盾坐标系与所述测量系统坐标系之间的第二旋转平移关系，确定前盾相对于后盾的第一六自由度信息；
获取所述第一倾角传感器的第一倾角数据及所述第二倾角传感器的第二倾角数据；
根据所述第一倾角数据及所述第二倾角数据对所述第一六自由度信息进行修正，确定最终的前盾相对于后盾的实时六自由度信息。


2.根据权利要求1所述的基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法，其特征在于，所述X型特征标识包括吸光子标识和反光子标识，所述吸光子标识采用吸光材料，所述反光子标识采用反光材料，所述吸光子标识与所述反光子标识呈90度交替分布设置。


3.根据权利要求1或2所述的基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法，其特征在于，所述获取单目相机采集到的X型特征标识的图像数据，包括以下步骤：
控制所述照明光源点亮；
控制所述单目相机按照预设采样规则连续采集多个X型特征标识的图像数据；
通过网络端口接收所述多个X型特征标识的图像数据。


4.根据权利要求1或2所述的基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法，其特征在于，所述根据所述图像数据确定图像中的X型特征标识的二维坐标，包括以下步骤：
对所述X型特征标识的图像数据进行目标初定位识别，获取多个X型角点特征的初步位置；
基于X型角点特征的初步位置采用海森矩阵对所述X型特征标识进行亚像素中心点提取；
根据特征提取结果获取所述X型特征标识的二维坐标。


5.根据权利要求4所述的基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法，其特征在于，所述对所述X型特征标识的图像数据进行目标初定位识别，包括以下步骤：
对所述X型特征标识的图像进行灰度化处理；
根据灰度值对处理后的图像进行阈值分割，获取图像分割结果；
采用连通域标记算法标记所述图像分割结果的连通域；
根据连通域标记结果确定多个X型特征标识的初步位置。


6.根据权利要求1或2所述的基于单目视觉系统的双护盾六自由度测量方法，其特征在于，所述建立前盾坐标系、后盾坐标系及单目相机所在的测量系统坐标系，对所述前盾坐标系、后盾坐标系及测量系统坐标系进行标定，包括以下步骤：
获取单目相机的固有参数，根据所述单目相机的固有参数建立相机矩阵；
采用全站仪测量前盾固有特征，根据测量结果建立所述前盾坐标系；
获取所述前盾坐标系下，多个X型特征标识的第一三维标定坐标；
采用全站仪测量后盾固有特征，根据测量结果建立所述后盾坐标系；
采用所述单目相机获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，
申请(专利权)人：江苏集萃智能光电系统研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32