基于距离约束拟合点的视觉测量系统不确定度评价方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于距离约束拟合点的视觉测量系统不确定度评价方法，该方法包括以下步骤：选取控制场中的多个靶点作为多个控制点，并选取所述多个靶点之外的另外一点作为拟合点；使用标准仪器测量所述多个控制点分别到拟合点的距离并作为真值；使用视觉测量系统对所述多个控制点分别到拟合点的距离再次进行测量，并获得所述控制点和拟合点的三维坐标；利用标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离构建距离误差方程组；将标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离和所述控制点和拟合点的三维坐标代入距离误差方程组，求解距离误差方程组的协方差矩阵，作为视觉测量系统不确定度评价结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视觉测量，属于测量精度评价领域，具体的说，涉及一种利 用距离约束条件进行点的拟合并通过拟合的不确定度来评价视觉测量精度的 方法。
技术介绍
在现代工业特别是制造业中，需要对各类零部件和大型结构进行精密三 维测量，要求测量范围大、精度高、现场测量，甚至动态和全姿态测量。一般的坐标测量冲几(CMM)测量技术无法满足这一要求，因此产生了现场大尺寸 测量系统(LCMS)。视觉测量是LCMS的典型代表，对视觉测量精度的评价 是设计制造的基础，对提高精度保证产品的质量有重要的意义。评价精度是指通过一条可靠描述不确定度的不间断的比较链，将测量结 果与适当的标准仪器相联系，溯源到国家标准。由于误差不可避免，所以任 何测量都是对真值的一种逼近，如何评价这种逼近程度，如何反映测量的不 确定度，成为衡量实际工程的一个重要指标。对于视觉测量系统来说，由于 自身技术特点， 一些传统的精度评价技术不能很好的适应工程需要。到目前 为止，国际上还没有颁布过国际标准。目前评价LCMS精度的方法，主要是建立可以精确控制距离的导轨，或 者制作精度较高的标准长度的杆，通过这些设备将LCMS溯源到国家标准。 这种方法通过对已知距离进行测量，测量的误差和距离的比值就是相对误差， 通过相对误差作为衡量该仪器的精度指标。该方法具有简单、直接的优点， 但是也存在一些不足。对大尺寸视觉测量系统来说，位置不同的耙点精度不 同，并且系统受环境影响较大，所以相对误差不足以反映;f见觉测量系统的精 度问题。另一类方法是基于点的统计。这类方法需要解决坐标系转换和测量点的 统一问题。首先使用精度等级高的仪器作为溯源的标准仪器，同时建立控制 场。在控制场中各个部位布置多个控制靶点，使用高精度的仪器测量靶点的三维坐标作为真值；其次，使用视觉测量系统测量各个靶点的三维坐标，通过与真值比较，统计出误差的标准差作为衡量该仪器的精度指标。这类方法 可用于评价大尺寸视觉测量系统的精度问题，但对于视觉测量系统来说，系 统受环境影响较大，相机不同的站位将会导致不同的测量精度。以实验室的 鉴定标准来衡量测量的精度不合理，同时将实际的测量环境在实验室重构也 不现实。同时，基于点统计的方法需要解决两个问题。第一，由于作为溯源 标准的高精度仪器通常和视觉测量系统不在相同的坐标系下，所以为了比较 两套仪器(系统)的测量值，坐标系归一化运算成为必然。由于误差的存在，导 致一般坐标系转换存在误差，降低了对视觉测量系统精度评价的可信度。第 二，由于视觉测量系统通过测量靶点来达到测量物体三维坐标的目的，所以为了和高精度仪器进行比较，需要确保两套仪器测量空间中相同的点；但是 由于当视觉测量系统进行测量时，需要手工贴反射靶点，而反射靶点是圓形， 很难将圆的圆心准确贴到某个坐标点上，所以确保两套仪器测量空间中相同 的点在实际中很难实现。此外，还有一些基于视觉测量系统模型的精度估计算法，但是由于影响 视觉测量系统精度的因素众多且关系错综复杂，模型较不准确并且基于大量 的假设条件，通常只用于研究目的。总的来说，对视觉测量精度的评价是设计制造的基础，对提高精度保证 产品的质量有重要的意义。如何正确评价视觉测量结果，并建立大尺寸测量 量值精度评价体系已引起重视，但是LCMS精度评价还不成熟，到目前为止， 国际上还没有颁布过国际标准。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，针对现场大尺寸 视觉测量系统精度评价问题，提出了利用拟合点的不确定度作为评价标准， 利用距离约束进行点的拟合，建立误差的标准差的评价方法。该方法易于实 现，由于在不同的坐标系下距离并不改变，所以不需要坐标系间的转换，另 外也可以不需要确保高精度仪器和视觉测量系统测量空间中相同的点。根据本专利技术的 一方面，提供一种基于距离约束拟合点的视觉测量系统不 确定度评价方法，该方法包括以下步骤选取控制场中的多个靶点作为多个 控制点，并选取所述多个靶点之外的另外一点作为拟合点；使用标准仪器测5量所述多个控制点分别到拟合点的距离并作为真值；使用视觉测量系统对所 述多个控制点分别到拟合点的距离再次进行测量，并获得所述控制点和拟合点的三维坐标；利用标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离构建 距离误差方程组；将标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离和所 述控制点和拟合点的三维坐标代入距离误差方程组，求解距离误差方程组的 协方差矩阵，作为视觉测量系统不确定度评价结果。根据本专利技术的另一方面，提供一种基于距离约束拟合点的视觉测量系统 不确定度评价方法，该方法包括以下步骤选取控制场中的多个靶点，形成 多对控制点和拟合点，所述拟合点中的至少一个拟合点与其它拟合点不重合； 使用标准仪器分别测量每对控制点和拟合点中该控制点和拟合点之间的距离 并作为真值；使用视觉测量系统对所述每对控制点和拟合点中该控制点和拟 合点之间的距离再次进行测量，并获得该控制点和拟合点的三维坐标；利用 标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离构建距离误差方程组；将 标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离和所述控制点和拟合点的 三维坐标代入距离误差方程组，求解距离误差方程组的协方差矩阵，作为视 觉测量系统不确定度评价结果。根据本专利技术的另 一方面，提供一种基于距离约束拟合点的视觉测量系统 不确定度评价方法，该方法包括以下步骤在控制场中布置多个具有固定长 度的标准杆，每个标准杆的两端分别作为控制点和拟合点，由此形成多对控 制点和拟合点；使用视觉测量系统对所述每对控制点和拟合点中该控制点和 拟合点之间的距离进行测量，并获得控制点和拟合点的三维坐标；利用每个 标准杆的固定长度以及视觉测量系统测量的距离构建距离误差方程组；将每 个标准杆的固定长度以及视觉测量系统测量的距离和所述控制点和拟合点的三维坐标代入距离误差方程组，求解距离误差方程组的协方差矩阵，作为视 觉测量系统不确定度评价结果。附图说明通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本专利技术这些和/或其它方面及 优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中图1是根据本专利技术第一实施例的拟合点不确定度的原理说明； 图2为根据本专利技术第一实施例的实验所用的控制场；图3示出了根据本专利技术第一实施例的视觉测量系统不确定度评价方法的 流程图4是根据本专利技术第二实施例的拟合点不确定度的原理说明； 图5示出了根据本专利技术第二实施例的视觉测量系统不确定度评价方法的 流程图6示出了根据本专利技术第三实施例的视觉测量系统不确定度评价方法的 流程图。具体实施方式 以下，参照附图来详细i兌明本专利技术的实施例。本专利技术提出了点的不确定度的概念，并用于评价精度问题。视觉测量系 统的特别之处在于一次可测量多个靶点，并且各个靶点的测量精度不同，如 何对一次测量进行整体上的评价，是需要解决的问题。而点的不确定度 可以较好的解决这些问题。因此，本专利技术提出了利用拟合点的不确定度作为 评价标准，利用距离约束进行点的拟合，建立误差的协方差的评价方法。图1是根据本专利技术第一实施例的拟合点不确定度的原理说明，其中，图 1中的(a)是标准仪器测量的结果；图1中的(b)是—见觉测量系统测量的结果。如图1所示中的(a)所示，设视场中有+ l个点，其中个点到剩余一点 的距离已知，则以这些距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于距离约束拟合点的视觉测量系统不确定度评价方法，包括以下步骤：　选取控制场中的多个靶点作为多个控制点，并选取所述多个靶点之外的另外一点作为拟合点；　使用标准仪器测量所述多个控制点分别到拟合点的距离并作为真值；　使用视觉测量系统对所述多个控制点分别到拟合点的距离再次进行测量，并获得所述控制点和拟合点的三维坐标；　利用标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离构建距离误差方程组；　将标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离和所述控制点和拟合点的三维坐标代入距离误差方程组，求解距离误差方程组的协方差矩阵，作为视觉测量系统不确定度评价结果。

【技术特征摘要】
1、一种基于距离约束拟合点的视觉测量系统不确定度评价方法，包括以下步骤选取控制场中的多个靶点作为多个控制点，并选取所述多个靶点之外的另外一点作为拟合点；使用标准仪器测量所述多个控制点分别到拟合点的距离并作为真值；使用视觉测量系统对所述多个控制点分别到拟合点的距离再次进行测量，并获得所述控制点和拟合点的三维坐标；利用标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离构建距离误差方程组；将标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离和所述控制点和拟合点的三维坐标代入距离误差方程组，求解距离误差方程组的协方差矩阵，作为视觉测量系统不确定度评价结果。2、 根据权利要求1所述的视觉测量系统不确定度评价方法，其中，所述 多个控制点和拟合点不共面。3、 根据权利要求2所述的视觉测量系统不确定度评价方法，其中，将控 制点和拟合点的两点距离公式用泰勒公式展开，将视觉测量系统测量的距离 作为泰勒公式展开式的初始值，由此构建距离误差方程组。4、 一种基于距离约束拟合点的视觉测量系统不确定度评价方法，包括以 下步骤选取控制场中的多个靶点，形成多对控制点和拟合点，所述拟合点中的 至少 一 个拟合点与其它拟合点不重合；使用标准仪器分别测量每对控制点和拟合点中该控制点和拟合点之间的 距离并作为真值；使用视觉测量系统对所述每对控制点和拟合点中该控制点和拟合点之间 的距离再次进行测量，并获得该控制点和拟合点的三维坐标；利用标准仪器测量的距离以及视觉测量系统测量的距离构建距离误差方 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕乃光，杨剑，董明利，燕必希，王君，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]