【技术实现步骤摘要】
一种异面点空间坐标标定系统和方法
[0001]本专利技术涉及光学
，更具体的说，特别涉及一种异面点空间坐标标定系统和方法。
技术介绍
[0002]在单目相机测量中，相机的内参和靶标中的合作目标空间坐标是事先标定的，通过相机对靶标进行成像，即可解算出相机坐标系相对于靶标坐标系的位置和姿态信息。相机的内参包括等效焦距和主点。靶标坐标系即为合作目标所在的空间坐标系，可人为选定。
[0003]如图1所示，通常靶标坐标系为4个共面点。，一是因为4个共面点可解算出相机和靶标的位姿关系，二是因为共面点容易加工，共面点的空间坐标关系可通过精密加工得到保证，其空间坐标位置精度按当前的精密机械加工车床，可控制在10μm~20μm，能够满足实用。
[0004]实际上，根据P4P单目相机测量原理，以共面4点进行单目相机测量，3
×
3的旋转矩阵中有一列是根据矩阵的单位正交性计算的，而非通过成像方程直接计算该列的元素，这种计算方式使得靶标坐标系绕Z轴的转角测量较为精确（以图1的坐标系定义），但绕X和Y轴的转角和测量精度差，误差达到了误差的十倍左右，在某些需要精确测量和的单目相机测量中，共面4点法单目测量精度达不到要求。
[0005]通过6个异面点，进行单目相机测量，使旋转矩阵各元素独立求解，可大幅提高和的测量精度，但异面点无法通过精密加工来保证位置精度，若加工后再进行空间坐标标定，标定手段有限，需要精密的三坐标测量仪。
[0006]因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。>
技术实现思路
[0007]（一）专利技术目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种利用共面4点靶标和经纬仪，标定出异面点空间坐标，实现异面点三维空间坐标标定的方法。
[0008]（二）技术方案：为了解决上述技术问题，本技术方案提供一种异面点空间坐标标定系统，包括标定控制单元和标定终端，所述标定终端包括安装在靶标架上的靶标和平面镜，还包括分别设置在靶标架两侧的相机和姿态测量装置；所述靶标为有4个共面点的靶标，所述靶标设置姿态测量装置的一侧设置与4个共面点异面的2个异面点，所述平面镜设置在靶标设置姿态测量装置的一侧；所述标定控制单元包括姿态测量调整模块、靶标调整模块、相机调整模块、通讯模块、存储模块、计算模块和分析模块；
所述靶标调整模块确定依次调整靶标为姿态1、姿态2的靶标调整命令，姿态测量调整模块在靶标处于姿态1和姿态2时，分别确定调整姿态测量装置的姿态测量调整命令，对应调整姿态测量装置后，姿态测量装置分别获取：姿态1时姿态测量装置的方位角为和4个共面点、2个异面点的像素坐标，i=1~6，共面点为i=1~4；姿态2时姿态测量装置的方位角为和4个共面点、2个异面点的像素坐标，i=1~6，其中共面点为i=1~4；所述计算模块根据4个共面点及姿态测量装置测量值，计算靶标坐标系和相机坐标系间的转换矩阵和平移向量后，计算异面点空间坐标。
[0009]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，设4个共面点的中心为坐标原点，4点所在的平面为XY平面，即Z=0；2个异面点距离XY平面的距离大于0。
[0010]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，相机架设在靶标远离姿态测量装置的一侧，相机的相机控制单元控制相机图像的X方向水平，靶标占相机画幅大于三分之二。
[0011]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，平面镜法线与Z轴形成的夹角小于2
°
。
[0012]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，姿态测量装置包括经纬仪。
[0013]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，所述靶标调整模块确定调整靶标为姿态1的靶标调整命令前，所述姿态测量调整模块根据经纬仪的目标姿态确定第一姿态测量调整命令，所述标定终端的姿态测量控制单元根据第一姿态测量调整命令控制经纬仪进行调整，使经纬仪贴近平面镜并自准直成像后，调平经纬仪；采用P4P算法，所述相机将4个共面点所呈图像发送至所述标定控制单元，所述分析模块计算靶标相对于相机的姿态，所述靶标调整模块根据当前靶标相对于相机的姿态与姿态1，得到将靶标调整为姿态1的第一靶标调整命令。
[0014]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，所述靶标调整模块将第一靶标调整命令通过通讯模块发送至所述标定终端，所述标定终端的靶标控制单元根据第一靶标调整命令控制靶标进行调整，使靶标处于姿态1；所述姿态测量调整模块读取所述分析模块中经纬仪的当前姿态数据，根据经纬仪的目标姿态确定第二姿态测量调整命令，所述姿态测量调整模块将第二姿态测量调整命令通过通讯模块发送至所述标定终端，所述标定终端的姿态测量控制单元根据第二姿态测量调整命令控制经纬仪进行调整，使经纬仪贴近平面镜并自准直成像后，调平经纬仪。
[0015]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，所述靶标调整模块根据靶标姿态1与姿态2，确定第二靶标调整命令，所述靶标调整模块将第二靶标调整命令通过通讯模块发送至所述标定终端，所述标定终端的靶标控制单元根据第二靶标调整命令旋转靶标，使靶标处于姿态2；所述姿态测量调整模块读取所述分析模块中经纬仪的当前姿态数据，根据经纬仪的目标姿态确定第三姿态测量调整命令，所述姿态测量调整模块将第三姿态测量调整命令通过通讯模块发送至所述标定终端，所述标定终端的姿态测量控制单元根据第三姿态测量调整命令控制经纬仪进行调整，使经纬仪贴近平面镜并自准直成像后，调平经纬仪。
[0016]所述一种异面点空间坐标标定系统，其中，靶标处于姿态1时，、为0，
为
‑
30
°
；靶标处于姿态2时，、为0，为30
°
。
[0017]一种异面点空间坐标标定方法，应用于异面点空间坐标标定系统，所述标定系统包括标定控制单元和标定终端，所述标定终端包括安装在靶标架上的靶标和平面镜，还包括分别设置在靶标架两侧的相机和姿态测量装置；所述靶标为有4个共面点的靶标，所述靶标设置姿态测量装置的一侧设置与4个共面点异面的2个异面点，2个异面点的竖直下方设置所述平面镜；所述标定控制单元包括姿态测量调整模块、靶标调整模块、相机调整模块、通讯模块、存储模块、计算模块和分析模块，具体步骤如下，所述靶标调整模块确定调整靶标为姿态1的靶标调整命令，姿态测量调整模块在靶标处于姿态1时，确定调整姿态测量装置的姿态测量调整命令，调整姿态测量装置后，姿态测量装置获取此时姿态测量装置的方位角为和4个共面点、2个异面点的像素坐标，i=1~6，共面点为i=1~4；所述靶标调整模块确定调整靶标为姿态2的靶标调整命令，姿态测量调整模块在靶标处于姿态2时，确定调整姿态测量装置的姿态测量调整命令，调整姿态测量装置后，姿态测量装置获取此时姿态测量装置的方位角为和4个共面点、2个异面点的像素坐标，i=1~6，其中共面点为i=1~4；所述计算模块根据4个共面点及姿态测量装置测量值，计算靶标坐标系和相机坐标系间的转换矩阵和平移向量后，计算异面点空间坐标。
[0018]（三）有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种异面点空间坐标标定系统，其特征在于，包括标定控制单元和标定终端，所述标定终端包括安装在靶标架上的靶标和平面镜，还包括分别设置在靶标架两侧的相机和姿态测量装置；所述靶标为有4个共面点的靶标，所述靶标设置姿态测量装置的一侧设置与4个共面点异面的2个异面点，所述平面镜设置在靶标设置姿态测量装置的一侧；所述标定控制单元包括姿态测量调整模块、靶标调整模块、相机调整模块、通讯模块、存储模块、计算模块和分析模块；所述靶标调整模块确定依次调整靶标为姿态1、姿态2的靶标调整命令，姿态测量调整模块在靶标处于姿态1和姿态2时，分别确定调整姿态测量装置的姿态测量调整命令，对应调整姿态测量装置后，姿态测量装置分别获取：姿态1时姿态测量装置的方位角为和4个共面点、2个异面点的像素坐标，i=1~6，共面点为i=1~4；姿态2时姿态测量装置的方位角为和4个共面点、2个异面点的像素坐标，i=1~6，其中共面点为i=1~4；所述计算模块根据4个共面点及姿态测量装置测量值，计算靶标坐标系和相机坐标系间的转换矩阵和平移向量后，计算异面点空间坐标。2.根据权利要求1所述一种异面点空间坐标标定系统，其特征在于，设4个共面点的中心为坐标原点，4点所在的平面为XY平面，即Z=0；2个异面点距离XY平面的距离大于0。3.根据权利要求2所述一种异面点空间坐标标定系统，其特征在于，相机架设在靶标远离姿态测量装置的一侧，相机的相机控制单元控制相机图像的X方向水平，靶标占相机画幅大于三分之二。4.根据权利要求3所述一种异面点空间坐标标定系统，其特征在于，平面镜法线与Z轴形成的夹角小于2
°
。5.根据权利要求4所述一种异面点空间坐标标定系统，其特征在于，姿态测量装置包括经纬仪。6.根据权利要求5所述一种异面点空间坐标标定系统，其特征在于，所述靶标调整模块确定调整靶标为姿态1的靶标调整命令前，所述姿态测量调整模块根据经纬仪的目标姿态确定第一姿态测量调整命令，所述标定终端的姿态测量控制单元根据第一姿态测量调整命令控制经纬仪进行调整，使经纬仪贴近平面镜并自准直成像后，调平经纬仪；采用P4P算法，所述相机将4个共面点所呈图像发送至所述标定控制单元，所述分析模块计算靶标相对于相机的姿态，所述靶标调整模块根据当前靶标相对于相机的姿态与姿态1，得到将靶标调整为姿态1的第一靶标调整命令。7.根据权利要求6所述一种异面点空间坐标标定系统，其特征在于，所述靶标调整模块将第一靶标调整命令通过通讯模块发送至所述标定终端，所述标定终端的靶标控制单元根据第一靶标调整命令控制靶标进行调整，使靶标处于姿态1；所述姿态测...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱帆，
申请(专利权)人：国科天成科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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