【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学定位测量领域，具体而言，涉及一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法。
技术介绍
1、随着照相机技术的发展，以及单片机与液晶光阀组合形成的发光靶标技术的成熟与价格的低廉优势，使得使用可见光工业相机与靶标组成光学测量系统不仅成为可能，而且技术发展使得其解算的精度越来越高，成本越来越低；并且由于光学直接测量的快速性、可靠性，其应用场景也越来越多。采用单相机一般至少要匹配三个靶标才能完成基本的定位解算方程求解；而采用双相机进行靶标定位解算时，由于视线几何关系的原因，对相机位置的选取具有一定的限制要求。因此在经济预算比较宽裕的情况下，采用三个相机则在空间上对定位解算能够提供便利；同时在解算精度上也能大幅提高。基于上述背景原因，本专利技术提出了一种采用三相机四靶标的架构方式，实现运动体的光学空间位置计算，从而实现高速物体的位置测量，其具有很高的定位精度，同时也具有很高的工程应用价值。
2、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，进而克服了由于相关技术限制而导致的物体运动过快而带来的解算速率以及解算精度不高的问题。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，包括以下五个步骤：
3、步骤s10，采用超低功耗单片机
4、步骤s20，根据上述靶标模块系统的设计方法，制作四个靶标，将第一个靶标采用强力胶粘贴于被测高速运动物体的中心位置，设定靶标等边三角形边长，其余三个靶标位于以第一个靶标为中心的等边三角形顶点上；根据所述的靶标闪烁周期，在预选地点架设三部可见光工业相机，设定三个工业相机的连续拍照频率为同一数值；将三个工业照相机连接计算机读取照片数据，根据相机照片中的靶标亮点，对三个相机照片中四个靶标像素位置进行定位；然后检测出四个靶标在三个相机照片中的像素位置。
5、步骤s30，根据第一个靶标在三个相机照片中像素位置，分别求解求解第一个靶标对三个相机的横向像素相对距离、第一个靶标对三个相机的纵向像素相对距离；根据已知的标定好的工业相机镜头内部参数与外部参数求解相机的横向综合系数、相机纵向综合系数；最后根据所述的第一个靶标的三个相机横向像素相对距离、三个相机纵向像素相对距离以及相机参数求解第一个靶标相关三个相机的综合位置系数向量。
6、步骤s40，根据所述的第一个靶标相对第一、二、三个相机的综合位置系数，组成六个位置系数向量；然后从中任选取三个组成位置系数矩阵以及解向量，采用矩阵求逆的求解靶标在世界坐标系的三维坐标解向量；按照排列组合六选三的二十种方式，进行同样的操作，得到一共二十个靶标在世界坐标系的三维坐标解向量，然后求取其平均值，得到第一个靶标在世界坐标系的三维坐标解向量均值。
7、步骤s50，采用与步骤s30以及步骤s40同样的方式，求解得到第二个靶标、第三个靶标以及第四个靶标在世界坐标系的三维坐标解向量均值；然后依次求解第二、三、四个靶标三个靶标相互之间的距离，以及第二个靶标、第三个靶标以及第四个靶标相对第一个靶标之间的距离，然后综合求取靶标平均距离，并与靶标等边三角形边长进行比较，得到测量修正系数；然后对四个靶标在世界坐标系的三维坐标解向量均值进行求和后再取均值，并乘以测量修正系数，得到最终的被测物体在世界坐标系的三维坐标，由计算机照相机拍照频率，输出作为高速运动物体的空间位置坐标。
8、进一步的，靶标模块系统由液晶光阀(含反光板，纽扣电池)、控制电路板组成。液晶光阀和控制电路板采用挠性连接，且液晶光阀在控制电路板的下侧，其详细组成与机械尺寸见后文具体实施方式。
9、进一步的，控制电路板控制液晶光阀明暗间断光斑输出的方式为：根据液晶光闸的特性，将液晶光闸的电源输入端设置为高电平，在需要形成光斑的时刻设置低电平，并维持一段时间，就形成了类似主动发光式的频闪光斑。
10、进一步的，根据已知的标定好的工业相机镜头内部参数与外部参数以及靶标在第一、二、三部相机照片中像素位置分别求解第一个靶标对第一个、第二个、第三个相机的横向像素相对距离、第一个靶标对第一个、第二个、第三个相机的纵向像素相对距离包括：
11、ma11i＝(u11i-u10)；
12、na11i＝(v11i-v10)；
13、ma12i＝(u12i-u20)；
14、na12i＝(v12i-v20)；
15、ma13i＝(u13i-u30)；
16、na13i＝(v13i-v30)；
17、其中将相机拍照得到的第一个靶标在第一个相机照片中像素位置记作(u11i,v11i)，其中i为整数，t为相机连续拍照的间隔周期，其代表时间周期间隔为t的像素位置；同理，(u1ji,v1ji)代表t＝ti时刻第一个靶标在第j个相机照片中像素位置，j为整数，且j＝1,2,3。其中u10、v10表示第一个相机的图像坐标系的中心在像素坐标系的像素位置横坐标与纵坐标；u20、v20表示第二个相机的图像坐标系的中心在像素坐标系的像素位置横坐标与纵坐标；u30、v30表示第三个相机的图像坐标系的中心在像素坐标系的像素位置横坐标与纵坐标；其为参数为相机的内部参数，可以通过相机厂家获取，也可通过自行测量标定获得，在此不再累述其获得过程。ma11i为第一个靶标对第一个相机的横向像素相对距离；na11i为第一个靶标对第一个相机的纵向像素相对距离。ma12i为第一个靶标对第二个相机的横向像素相对距离；na12i为第一个靶标对第二个相机的纵向像素相对距离。ma13i为第一个靶标对第三个相机的横向像素相对距离；na13i为第一个靶标对第三个相机的纵向像素相对距离。
18、在本专利技术的一种示例实施例中，根据已知的标定好的工业相机镜头内部参数与外部参数求解相机的横向综合系数、相机纵向综合系数；最后根据所述的第一个靶标的三个相机横向像素相对距离、三个相机纵向像素相对距离以及相机参数求解第一个靶标相对三个相机的综合位置系数向量包括：
19、
20、
21、g111i＝ma11ir131-m1r111；
22、g112i＝ma11ir132-m1r112；
23、g113i＝ma11ir133-m1r113；
24、g114i＝-ma11it13+m1t11；
25、g115i＝n11air131-n1r121；
26、g116i＝n11air132-n1r122；
27、g117i＝n11air133-n1r123；
28、g118i本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，其特征在于，根据已知的标定好的工业相机镜头内部参数与外部参数以及靶标在第一、二、三部相机照片中像素位置分别求解第一个靶标对第一个、第二个、第三个相机的横向像素相对距离、第一个靶标对第一个、第二个、第三个相机的纵向像素相对距离包含：
3.根据权利要求1所述的一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，其特征在于，根据已知的标定好的工业相机镜头内部参数与外部参数求解相机的横向综合系数、相机纵向综合系数；最后根据所述的第一个靶标的三个相机横向像素相对距离、三个相机纵向像素相对距离以及相机参数求解第一个靶标相对三个相机的综合位置系数向量包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，其特征在于，根据所述的第一个靶标相对第一、二、三个相机的综合位置系数，组成六个位置系数向量；然后从中任选取三个组成位置系数矩阵以及解向量，采用矩阵求逆的求解靶标在世界坐标系的三维坐标解向量；按照排列组合六选三
5.根据权利要求1所述的一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，其特征在于，然后依次求解第二、三、四个靶标三个靶标相互之间的距离，以及第二个靶标、第三个靶标以及第四个靶标相对第一个靶标之间的距离，然后综合求取靶标平均距离，并与靶标等边三角形边长进行比较，得到测量修正系数；然后对四个靶标在世界坐标系的三维坐标解向量均值进行求和后再取均值，并乘以测量修正系数，得到最终的被测物体在世界坐标系的三维坐标包含：
...【技术特征摘要】
1.一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，其特征在于，根据已知的标定好的工业相机镜头内部参数与外部参数以及靶标在第一、二、三部相机照片中像素位置分别求解第一个靶标对第一个、第二个、第三个相机的横向像素相对距离、第一个靶标对第一个、第二个、第三个相机的纵向像素相对距离包含：
3.根据权利要求1所述的一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法，其特征在于，根据已知的标定好的工业相机镜头内部参数与外部参数求解相机的横向综合系数、相机纵向综合系数；最后根据所述的第一个靶标的三个相机横向像素相对距离、三个相机纵向像素相对距离以及相机参数求解第一个靶标相对三个相机的综合位置系数向量包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于四靶标与三相机的高速物体光学测量方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨维松，薛鲁强，江式伟，郭海燕，王士星，丁光超，
申请(专利权)人：山东省维天雷泽光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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