基于外置式多目视觉设备的转台负载位姿测量方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于外置式多目视觉设备的转台负载的位姿测量方法和系统，该方法包括：在独立于转台的基座上固定设置光测设备，建立不耦合转台运动的世界坐标系；标定视觉设备的内外参数；在转台负载上设置标志点群，定义转台负载的负载中心和虚拟中心轴，构建负载坐标系，对标志点进行初值标校测量；转台动态工作过程中，用多目视觉设备对转台负载连续拍摄，对标志点群进行动态识别、匹配、定位和测量；解算转台工作过程中负载中心在世界坐标系下的坐标和虚拟中心轴的指向。本发明专利技术提供的技术方案通过外置的多目视觉设备进行负载位姿测量，克服了传统测量装置随被测物运动而带来的误差耦合，提高了负载位姿测量精度。提高了负载位姿测量精度。提高了负载位姿测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于外置式多目视觉设备的转台负载位姿测量方法和系统


[0001]本专利技术属于视觉测量以及图像检测领域，尤其涉及一种基于外置式多目视觉设备的转台负载位姿测量方法和系统。

技术介绍

[0002]转台是一种复杂的集光机电一体的现代化设备，主要是提供高精度的旋转精确定位，按转动轴来分可以有单轴转台、双轴转台、三轴转台、以及多轴转台系统。转台广泛应用在科学研究和工业生产等领域，在惯性导航器件测试、天线测试、激光测试、电子产品测试、模拟仿真、空间通信领域、空间精确定位等多个领域都有广泛应用。如其在航空、航天领域中进行半实物仿真和测试，在飞行器的研制中起着关键的作用，它能够模拟飞行器的各种姿态角运动，复现其运动时的各种动力学特性，对飞行器的制导系统、控制系统以及相应器件的性能进行反复测试，获得充分的试验数据，并根据数据对系统进行重新设计和改进，达到飞行器总体设计的性能指标要求。又如战车防御系统要对来袭的激光、红外或电视等制导武器实施有效的干扰，使其致眩致盲，实现对重要阵地和目标的防护，综合光电干扰武器集成于二维转台的两侧挂架上，转台的指向决定着光电干扰武器的指向，二维转台指向精度对防御命中率具有决定性的作用。
[0003]之前行业内对转台指向精度和位置精度，都是通过转台机械加工精度、安装的优化，并采用同轴的高精度编码盘来实现高精度测角来保证，精度的提高都是基于优化和改进转台的结构和装配形式,减小转台轴间的几何偏差、安装偏心和因为转动的不平顺带来的误差。也有很多的研究人员和学者对2轴、轴乃至多轴转台的误差产生原因、误差数学模型、误差修正和补偿的方法等做了深入的研究，取得了很多科研成果。但这些研究的结果的应用到改进转台精度中去的实践多使转台生产制造成本增加很多，也让转台的伺服控制精密度要求非常高，让高精度转台的成本经常超出了普通用户可以承受的范围。
[0004]考察转台在目前应用中的核心作用，其负载中心位置精度和负载指向精度是系统跟踪精度和测角精度的基础。目前转台是依靠前期转台负载安装时的检校初值及转台自身轴编码器测量来高精度给出在不同时刻转台负载指向，为后续的测量或跟踪等提供可靠的高精度输入。而目前行业通用的高精度轴编码盘测量是融合到转台的动平台内的，其安装的初值误差、动态中的偏差、抖动、多维运动的耦合等都使转台负载指向高精度测量实现难度大，而且成本高。基于此，本专利技术跳出目前行业常规的测量框架，采用一与转台运动解耦的外置式多目视觉设备来动态、实时观测转台负载的运动，综合利用高速摄影测量技术、实时图像处理技术、高精度多目(双目)交会测量技术等非接触测量技术，来动态、高精度的给出不同时刻转台负载中心位置和虚拟中心轴指向等。解耦的外置式多目视觉设备可以极大的降低对转台的要求，转台结构可以极大的简化，可以有效帮助实现转台小型化、轻量化，极大的提高测量系统的机动性，极大降低制造成本。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是解决传统测量装置随被测物体运动带来的测量误差耦合问题，以及解决高精度转台制造的高成本和调校上的低效率问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于外置式多目视觉设备的转台负载位姿测量方法，所述多目视觉设备包括至少两个光测设备、一个基座和一个计算机系统；所述方法包括：
[0008]将所述基座置于转台四周，所述基座与所述转台运动解耦；
[0009]将所述多目视觉设备中各光测设备固置于所述基座上，将转台负载固置于转台上，所述转台负载随所述转台转动；
[0010]使所述转台负载处于所述各光测设备的公共视场，在所述基座上建立世界坐标系，以所述各光测设备主点为原点建立相机坐标系，对所述光测设备的内外参数进行标定；在所述转台负载上建立负载坐标系，在所述负载坐标系中定义负载中心和虚拟中心轴；将标志点群设置于所述转台负载表面，所述标志点群包括至少六个标志点，所述标志点不共面；
[0011]通过标校测量获取所述各标志点在所述负载坐标系中的坐标初值；
[0012]工作中，转台带负载转动，通过计算机系统联动各光测设备对转台负载进行位姿测量，包括：
[0013]S1:通过所述各光测设备对所述各标志点进行图像采集和测量，确定所述各标志点在所述各相机坐标系中的二维图像坐标；
[0014]S2:根据所述各光测设备内外参数，将所述各标志点在所述各相机坐标系中的二维图像进行匹配后交会解算，获取所述各标志点在世界坐标系中的空间坐标；
[0015]S3:结合所述各标志点在所述负载坐标系的坐标初值和所述各标志点在世界坐标系中的空间坐标，解算所述负载坐标系和所述世界坐标系的转换平移关系；
[0016]S4:解算在世界坐标系中，所述负载中心的坐标以及所述虚拟中心轴的指向。
[0017]优选地，该方法还包括通过信息融合和匹配设置将所述多目视觉设备中的至少两个光测设备扩展为环绕转台负载分布的多个光测设备。
[0018]优选地，所述将标志点群设置在转台负载表面的方法，包括将各标志点沿着所述虚拟中心轴方向离散布置。
[0019]另外，还提供了一种基于外置式多目视觉设备的转台负载位姿测量系统，包括：
[0020]转台，设置有至少一个自由转动维度，用于承载负载并实现转动；
[0021]转台负载，固置于所述转台上，随所述转台转动，所述转台负载上定义负载中心和虚拟中心轴，所述转台负载表面设置有标志点群，所述标志点群包括至少六个异面的标志点；
[0022]多目视觉设备，包括一个基座和至少两个光测设备，所述基座固置于所述转台四周，所述基座与所述转台运动解耦，所述光测设备固置于所述基座上，用于获取所述转台负载上的标志点群在时间上的二维图像序列；
[0023]计算机系统，用于预设多目视觉设备图像采集规则，并根据所述预设规则，对所述二维图像中的标志点群中的各标志点进行识别、匹配、定位和测量，解算所述转台负载不同时刻时的负载中心坐标和虚拟中心轴指向。
[0024]优选地，所述至少两个光测设备环绕所述转台负载分布。
[0025]从上述方案可以看出，本专利技术通过外置光测设备实现了转台负载的姿态测量，具有以下有益效果：
[0026]1)通过外置视觉设备克服了传统测量装置随被测物体运动带来的误差耦合问题，静态系统测量动态运动，提高了测量精度；
[0027]2)帮助简化转台机械结构，减轻转台重量、降低转台制造要求，极大降低转台系统的成本，
[0028]3)简化转台装调要求和工艺，提高系统装调效率；
[0029]4)通过计算机系统联动，提高测量系统自动化水平，简化转台控制策略。
附图说明
[0030]图1是外置多目视觉设备的转台负载位姿测量方法流程图
[0031]图2是外置多目视觉设备的转台负载位姿测量系统结构示意图
[0032]图3是双目视觉设备对单个标志点的空间坐标测量原理图
[0033]图中各标号表示：
[0034]1.望远镜系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于外置式多目视觉设备的转台负载位姿测量方法，其特征在于，所述多目视觉设备包括至少两个光测设备、一个基座和一个计算机系统；所述方法包括：将所述基座置于转台四周，所述基座与所述转台运动解耦；将所述多目视觉设备中各光测设备固置于所述基座上，将转台负载固置于转台上，所述转台负载随所述转台转动；使所述转台负载处于所述各光测设备的公共视场，在所述基座上建立世界坐标系，以所述各光测设备主点为原点建立相机坐标系，对所述光测设备的内外参数进行标定；在所述转台负载上建立负载坐标系，在所述负载坐标系中定义负载中心和虚拟中心轴；将标志点群设置于所述转台负载表面，所述标志点群包括至少六个标志点，所述标志点不共面；通过标校测量获取所述各标志点在所述负载坐标系中的坐标初值；工作中，转台带负载转动，通过计算机系统联动各光测设备对转台负载进行位姿测量，包括：S1:通过所述各光测设备对所述各标志点进行图像采集和测量，确定所述各标志点在所述各相机坐标系中的二维图像坐标；S2:根据所述各光测设备内外参数，将所述各标志点在所述各相机坐标系中的二维图像进行匹配后交会解算，获取所述各标志点在世界坐标系中的空间坐标；S3:结合所述各标志点在所述负载坐标系的坐标初值和所述各标志点在世界坐标系中的空间坐标，解算所述负载坐标系和所述世界坐标系的转换平移关系；S4:解...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹动，曹力，
申请(专利权)人：湖南科天健光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：