【技术实现步骤摘要】
一种基于固定相机和单靶标的动轴旋转角视觉测量方法
[0001]本专利技术涉及一种基于固定相机和单靶标的动轴旋转角视觉测量方法，典型实施例适用于飞机襟翼类后退下拉式活动舵面偏转角度测量。
技术介绍
[0002]角位移测量广泛应用于航空航天等工业领域。在飞机生产装配中，飞机舵面角位移传感器需要调整安装位置和校正参数。视觉测量技术由于其非接触性、实时性，以及安装接单，测量便捷等优点，受到广泛关注，在该领域具有较高的应用前景。
[0003]现有的视觉测角方法主要分为两大类，一类是基于双目视觉或多目视觉的测量方法，例如：申请号为202010769781.6的专利技术专利介绍了一种基于双目相机的三维测距方法，此类测量方法采用两台或多台相机拍摄目标照片，存在视场受多目相机配置的限制而较小，而某些飞机舵面运动行程较大，故其在飞机舵面转角测量领域某些情况下受到一定限制；另一类是基于单目视觉的测量方法，仅利用一台相机拍摄照片来进行测量工作，因其仅需要一台视觉传感器，故此类方法的优点为相机安装简便、标定简单，且避免了立体视觉中的视场较小、...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于固定相机和单靶标的动轴旋转角视觉测量方法，其特征在于该方法包含三个步骤：步骤一：相机内外参数标定；步骤二：动轴旋转角度数学模型建立；步骤三：利用标定结果和所建立的数学模型，测量任意位置运动旋转部件的旋转角度。2.根据权利要求1所述的一种基于固定相机和单靶标的动轴旋转角视觉测量方法，所述步骤一中的相机内外参数标定过程为：采用包含平面棋盘格靶标的标定图像序列，由一张基准位置的靶标图片和m张旋转部件分别旋转θ
i
(i＝1,2,...,m)角度时的靶标图片组成，利用已广泛采用的成熟技术包括：角点提取算法和张正友相机标定算法，提取标定图像序列棋盘格角点，并进行内外参标定，求得相机内参M
in
和m+1个位姿的外参和m+1个位姿的外参为从基准位置的靶标坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移向量；为从旋转θ
i
(i＝1,2,...,m)的靶标坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移向量。3.根据权利要求1所述的一种基于固定相机和单靶标的动轴旋转角视觉测量方法，所述步骤二中的动轴旋转角度数学模型建立过程为：第一步：将转换到单位四元数形式转换过程为：式中，表示中(x,y)索引所对应的数值，其中，和表示同一靶标点分别在和中对应的三维坐标，q
i
表示的变换过程，即从到相机坐标系的单位四元数变换。q
i0
表示从到的单位四元数变换，由于q
i
已知，q
i0
可由下式获得：因此，从上式可得靶标各位置相对于基准位置的旋转角度为其中，为单位四元数q
i0
的第1项的值，同时，可得靶标各位置相对于基准位置旋转的回转轴方向为其中，分别为单位四元数q
i0
的第2、3、4项的值。至此，获得了i个回转轴方向，并通过将各个转轴方向向量转换到相机坐标系，得到相机坐标系中的第二步：考虑相机标定图像噪声和靶标控制点定位误差，为了获得较为准确的优化转轴方向向量，将转轴方向向量n
i
转换为两个独立参数α
i
∈[0,π)和γ
i
∈[0,2π)表示的形式，转换形式后的方向向量表示为：
n
i
＝[sinγ
i
cosα
i sinγ
i
sinα
i cosγ
i
]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(0.3)其中，其中，其中，分别为上文中获得的第i个回转轴方向向量中的第1、2、3项的值，因此，优化后的转轴方向向量可由下式获得：其中，和分别表示γ
i
(i＝1,2,...,m)和α
i
(i＝1,2,...,m)的平均值；第三步：对于投影到X
w
O
w
Y
w
平面的任意轨迹曲线，采用分段三次Hermite插值方法，建立动轴旋转数学模型，具体过程如下：由所建立的和O
w
‑
X
w
Y
w
Z
w
的相对位置关系，可得到O
w
‑
X
w
Y
w
Z
w
的旋转矩阵由于两个坐标系原点重合，平移向量为零。图像序列中各位置的靶标控制点由到世界坐标的旋转变换为：其中，i＝1,2,...,m。由所述步骤一标定过程所获得，在X
w
O
w
Y
w
投影平面上，对于图像序列中两连续相邻图像，第j个靶点的投影位...
【专利技术属性】
技术研发人员：范军华，刘贡平，杨锋，王萍，穆志国，方强，王彦哲，王丽斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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