一种自动高速弹道标定方法技术

一种自动高速弹道标定方法，包括以下步骤：S1、在负载平台固定传感器，进行双目相机解算，重建双目空间坐标系下的三维点坐标，建立相机几何模型；S2、固定激光瞄准器到负载平台，采集若干激光光线不同深度的三维点坐标；S3、基于RANSAC算法，拟合激光光线的空间直线方程；S4、采集图像瞄准点、激光瞄准点三维点坐标；S5、通过三维坐标，计算负载平台水平、垂直两轴的旋转角度；S6、传入负载平台旋转角度，完成发射装置的自动跟瞄。本申请能够降低对发射人员的要求，在恶劣场景仍能够准确快速的锁定目标点位，实现任务的高效、快速完成。快速完成。快速完成。

【技术实现步骤摘要】
一种自动高速弹道标定方法


[0001]本专利技术涉及机器人的
，尤其涉及一种自动高速弹道标定方法。

技术介绍

[0002]日常生活中，除了近在眼前就能看到的景物外，很多时候需要看到很远处的事物，但肉眼观察是有一定的限制的，太远的东西能看到确难以看清。在简单观看、观察情况下，通过望远镜可以放大物体倍率，拉近远处的事物。而像一些发射类行为，需要精确的瞄准目标，因而需要瞄准镜这类的辅助工具来帮助我们。瞄准镜一般是军事国防上装配在发射装置上的辅助设计装置。不论是光学瞄准镜，还是夜视瞄准镜，都已成为军事上必不可少的瞄准装置。在军事训练及其他准备工作中，各类发射装备均需要瞄准装置，该装置是确保军事任务中能够精确瞄准与高效执行的关键所在。因此，对于军事任务中，如何精确、高效瞄准与锁定物体目标点位是亟需解决的问题。
[0003]依靠瞄准镜，在远距离下手动瞄准目标是最常用、便捷的传统瞄准方式，发射人员通过该方式在特定场景下能够快速完成发射任务。然而，由于每个发射人员的对瞄准技能的掌握程度不同，在使用时的经验不一，并且有些部门不一定持有相应职业证书。随着发射装置不断更新，更为精密复杂装备也对专业工作人员提出了更高的要求，日常的瞄准任务面临如下难点：（1）虽然手动瞄准对发射人员身体素质要求很高，但有些任务环境恶劣，难以长时间稳定维持瞄准姿态，影响瞄准精度；（2）当目标点位发生改变时，发射人员需要重新对目标点位进行瞄准与估计，无法高效、快速的完成任务。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
中瞄准对发射人员和环境的要求，并且快速的完成空间中弹道的估算，为此，本专利技术提出了一种自动高速弹道标定方法，具体方案如下：S1、在负载平台固定传感器，进行双目相机解算，重建双目空间坐标系下的三维点坐标，建立相机几何模型；S2、固定激光瞄准器到负载平台，采集若干激光光线不同深度的三维点坐标；S3、基于RANSAC算法，拟合激光光线的空间直线方程；S4、采集图像瞄准点、激光瞄准点三维点坐标；S5、通过三维坐标，计算负载平台水平、垂直两轴的旋转角度；S6、传入负载平台旋转角度，完成发射装置的自动跟瞄。
[0005]具体地说，步骤S1具体如下：S11、通过坐标系的转换获得单目相机的集合模型，从而计算相机内参；S12、通过相机内参获得双目相机几何模型；双目几何模型还需要考虑外参数，即左右两个相机之间的旋转平移关系。
[0006]具体地说，步骤S11具体如下：S111、将世界坐标系刚体变换到相机坐标系中，所述世界坐标是三维空间中真实物件所在位置的参考坐标系，相机坐标系作为空间坐标系，以左相机光心作为世界坐标的坐标原点；相机坐标以其自身的光心作为坐标原点，其中Z轴以相机光轴平行；转换具体如下：其中为旋转矩阵，为平移矩阵；S112、相机坐标系通过透射投影到图像坐标系中，所述图像坐标系是以相机拍摄的二维图像为基准建立的坐标系，用于表明被测物体在图像中的位置，包括连续图像坐标和或空间图像坐标；图像坐标的坐标系原点在相机光轴与成像平面的焦点上，单位为mm；用于表示物体从相机坐标系转到图像坐标系的透视投影关系，投影，透射投影计算如下：其中为相机内参；S113、图像坐标系通过离散化到像素坐标系中；所述像素坐标系是为离散图像坐标系，原点在图像的左上角，单位为像素；转换如下其中，代表x轴方向单位像素对应相机CCD上的实际宽度,代表y轴方向单位像素对应相机CCD上的实际宽度；像素坐标相当于是对x轴和y轴的离散化；上式的齐次坐标写成如下的矩阵形：
逆关系可写成：其中、、、为相机内参。
[0007]具体地说，外参数计算方法如下：假设世界坐标系与左相机坐标系重合，表示左相机坐标系，表示图像坐标系，表示左相机焦距；表示右相机坐标系，表示图像坐标系，表示右相机焦距；P为空间中任意一点，P点在左相机和右相机投影点分别为、：通过相机透视变换模型可以得到以下关系式：
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（1）
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（2）假设旋转矩阵，平移向量为，则有如下变换关系：
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（3）由（1）、（2）、（3）可知，左右两个相机的像素点之间的对应关系如下：
因此，世界坐标系下的三维空间点可以表示为下式（4），实现相机公共视场任意点的世界坐标求取
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（4）。
[0008]具体地说，步骤S3具体为：S31、随机选取出可以估计出空间直线模型的最小样本点坐标，并初始化误差范围内的点即内点的个数，最佳内点的个数为N，模型阈值t、最佳迭代次数K；对于直线拟合情况，最小数据集即为2个点坐标；S32、使用最小数据集来计算出空间直线模型；S33、将所有数据代入空间直线模型，通过计算出点到直线的距离统计出内点的数目，及其坐标，此时坐标作为最佳内点坐标集合；S34、判断当前的迭代次数ck是否大于等于最佳迭代次数k，如果是，直接进入步骤S36，如果不是，进入步骤S35；S35、判断当前内点数CN是否大于初始化时的最佳内点数N，当是，将CN赋值给N作为最佳内点数N返回到步骤S31，当否，则进入步骤S32；S36、将最佳内点坐标集合带入最小二乘拟合算法，求解最佳空间直线方程。
[0009]具体地说，步骤S4具体为：在图像视觉系统内进行量测，采集激光瞄准点坐标P
view
；然后，基于步骤S3中最佳空间直线模型，通过代入当前目标点位深度值z，求取当前目标瞄准点P
view
深度下的激光瞄准点位P
laser
；此时，得到双目系统下的两个世界坐标系三维点P
view
、P
laser
，通过空间坐标的转换关系，计算空间两点之间的水平、垂直角度。
[0010]具体地说，步骤S5具体为：将激光瞄准点分两步旋转至目标瞄准点，将角度分为横向的δH和与之垂直方向的δV，瞄准点到P
view
和P
laser
之间的距离可以通过双目解算获取，设为深度z；则负载平台旋转角度可以分为以下两步进行计算：
。
[0011]本专利技术的有益效果在于：本申请能够降低对发射人员的要求，在恶劣场景仍能够准确快速的锁定目标点位，实现任务的高效、快速完成。
附图说明
[0012]图1和图2为本专利技术提出的一种自动高速弹道标定方法的结构图。
[0013]图3为本专利技术提出的一种自动高速弹道标定方法的单元模块连接图。
[0014]图4为激光瞄准器标定点采集示意图。
[0015]图5为标定点采集与检测过程图。
[0016]图6为三维标定点采集可视化图。
[0017]图7为RANSAC空间直线拟合流程图。
[0018]图8为RANSAC筛选后用于拟合直线的最佳内点图。
[0019]图9为目标点、瞄准点夹角计算示意图。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动高速弹道标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在负载平台固定传感器，进行双目相机解算，重建双目空间坐标系下的三维点坐标，建立相机几何模型；S2、固定激光瞄准器到负载平台，采集若干激光光线不同深度的三维点坐标；S3、基于RANSAC算法，拟合激光光线的空间直线方程；S4、采集图像瞄准点、激光瞄准点三维点坐标；S5、通过三维坐标，计算负载平台水平、垂直两轴的旋转角度；S6、传入负载平台旋转角度，完成发射装置的自动跟瞄。2.根据权利要求1所述的一种自动高速弹道标定方法，其特征在于，步骤S1具体如下：S11、通过坐标系的转换获得单目相机的集合模型，从而计算相机内参；S12、通过相机内参获得双目相机几何模型；双目几何模型还需要考虑外参数，即左右两个相机之间的旋转平移关系。3.根据权利要求2所述的一种自动高速弹道标定方法，其特征在于，步骤S11具体如下：S111、将世界坐标系刚体变换到相机坐标系中，所述世界坐标是三维空间中真实物件所在位置的参考坐标系，相机坐标系作为空间坐标系，以左相机光心作为世界坐标的坐标原点；相机坐标以其自身的光心作为坐标原点，其中Z轴以相机光轴平行；转换具体如下：其中为旋转矩阵，为平移矩阵；S112、相机坐标系通过透射投影到图像坐标系中，所述图像坐标系是以相机拍摄的二维图像为基准建立的坐标系，用于表明被测物体在图像中的位置，包括连续图像坐标和或空间图像坐标；图像坐标的坐标系原点在相机光轴与成像平面的焦点上，单位为mm；用于表示物体从相机坐标系转到图像坐标系的透视投影关系，投影，透射投影计算如下：其中为相机内参；
S113、图像坐标系通过离散化到像素坐标系中；所述像素坐标系是为离散图像坐标系，原点在图像的左上角，单位为像素；转换如下其中，代表x轴方向单位像素对应相机CCD上的实际宽度,代表y轴方向单位像素对应相机CCD上的实际宽度；像素坐标相当于是对x轴和y轴的离散化；上式的齐次坐标写成如下的矩阵形：逆关系可写成：其中、、、为相机内参。4.根据权利要求1所述的一种自动高速弹道标定方法，其特征在于，外参数计算方法如下：假设世界坐标系与左相机坐标系重合，表示左相机坐标系，表示图像坐标系，表示左相机焦距；表示右相机坐标系，表示图像坐标系，表示右相机焦距；P为空间中任意一点，P点在左相机和右相机投影点分别为、：通过相机透视变换模型可以得到以下关系式：
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【专利技术属性】
技术研发人员：牛威，郝磊，刘帅，鱼群，
申请(专利权)人：中科星图测控技术合肥有限公司，
类型：发明
国别省市：