專利名稱：一種基于特征線的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿光學(xué)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視覺測(cè)量中的一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種基于特征線 的位姿光學(xué)測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般采用在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上直接安裝特征點(diǎn)，通過對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行拍 攝，處理其圖像信息獲得飛行器運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法，此種方法特征點(diǎn)的布局直接影響測(cè)量精 度，具體而言，特征點(diǎn)間的測(cè)量基線越長(zhǎng)，相同特征點(diǎn)定位誤差條件下測(cè)量精度越高；反之 測(cè)量精度低。按照現(xiàn)有的方法和技術(shù)，為了提高測(cè)量精度必須增加特征點(diǎn)間的距離，但特征 點(diǎn)間的距離受限于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的尺寸，同時(shí)特征點(diǎn)距離的增加導(dǎo)致配合目標(biāo)重量的增加。而 已有的傳統(tǒng)方法每個(gè)特征點(diǎn)至少需要兩臺(tái)攝像機(jī)。當(dāng)采用目標(biāo)上特征點(diǎn)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn) 行測(cè)量時(shí)，其測(cè)量精度不僅與特征點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)測(cè)量精度有關(guān)，而且受特征點(diǎn) 間的相對(duì)位置的影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量精度低和穩(wěn)定性差，以及對(duì)于特征點(diǎn)裝配位 置要求高的缺點(diǎn)，而提出了一種基于特征線的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿光學(xué)測(cè)量方法。
本發(fā)明的一種基于特征線的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿光學(xué)測(cè)量方法的測(cè)量過程如下
在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上安裝特征點(diǎn)，首次設(shè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上存在不平行的兩條直線L1和L2, P1, P2、P3和P4分別為直線上的點(diǎn)，其中點(diǎn)P1和P3位于直線L1上，點(diǎn)P2和P4位于直線L2上，所 述的Pi、P2、P3和P4四個(gè)點(diǎn)為特征點(diǎn)，定義所述四個(gè)特征點(diǎn)在目標(biāo)坐標(biāo)系和測(cè)量坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)分別為Pmi，Pgi，其中i = 1，2，3，4;
目標(biāo)坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)固連，其原點(diǎn)Om取在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的質(zhì)心上，則Pmi的值為定 值；
測(cè)量坐標(biāo)系隨運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)而變化，測(cè)量坐標(biāo)系是確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的質(zhì)心在空間 的坐標(biāo)位置及其在空間的姿態(tài)的參考基準(zhǔn)，其中空間的坐標(biāo)位置是三個(gè)方向的平動(dòng)X方 向位置、Y方向位置和Z方向位置，空間的姿態(tài)是繞三個(gè)方向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)俯仰角、偏航角和滾 轉(zhuǎn)角，則Pgi的值是測(cè)量值，是未知值；
在任意時(shí)刻，同一特征點(diǎn)在目標(biāo)坐標(biāo)系和測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)均滿足如下關(guān)系
Pgi = CgmPmi+Tmg。 i = 1,2,3,4公式一
式中Cgm—目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)于測(cè)量坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣Cmg的逆；
Tfflgo—目標(biāo)坐標(biāo)系原點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系中的位置向量；
把公式一中i = 1禾π i = 3時(shí)的等式兩邊分別作差，再把公式一中i = 2禾Π i = 4時(shí)的等式兩邊也分別作差，可得
Pg(J+2)-PgJ = Cgffl (Pffl(J+2)-Pfflj) j = 1,2公式二
對(duì)其兩端向量進(jìn)行歸一化，如下式所示
權(quán)利要求
1. 一種基于特征線的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于它的測(cè)量過程如下 在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上安裝特征點(diǎn)，首次設(shè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上存在不平行的兩條直線L1和L2，Pi、P2、P3 和P4分別為直線上的點(diǎn)，其中點(diǎn)P1和P3位于直線L1上，點(diǎn)P2和P4位于直線L2上，所述的 P1^ P2> P3和P4四個(gè)點(diǎn)為特征點(diǎn)，定義所述四個(gè)特征點(diǎn)在目標(biāo)坐標(biāo)系和測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 分別為 Pmi，Pgi，其中 i = 1，2，3，4 ；目標(biāo)坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)固連，其原點(diǎn)Om取在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的質(zhì)心上，則Pmi的值為定值； 測(cè)量坐標(biāo)系隨運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)而變化，測(cè)量坐標(biāo)系是確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的質(zhì)心在空間的坐 標(biāo)位置及其在空間的姿態(tài)的參考基準(zhǔn)，其中空間的坐標(biāo)位置是三個(gè)方向的平動(dòng)X方向位 置、Y方向位置和Z方向位置，空間的姿態(tài)是繞三個(gè)方向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn) 角，則Pgi的值是測(cè)量值，是未知值；在任意時(shí)刻，同一特征點(diǎn)在目標(biāo)坐標(biāo)系和測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)均滿足如下關(guān)系 Pgi — CgmPmi+Tmgo i — 1 2, 3, 4公式"~~‘式中C511——目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)于測(cè)量坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣Cmg的逆； Tfflgo—目標(biāo)坐標(biāo)系原點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系中的位置向量；把公式一中i = 1和i = 3時(shí)的等式兩邊分別作差，再把公式一中i = 2和i = 4時(shí) 的等式兩邊也分別作差，可得
全文摘要
一種基于特征線的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿光學(xué)測(cè)量方法。它涉及視覺測(cè)量中的一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿測(cè)量技術(shù)，它解決了傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量精度低和穩(wěn)定性差，以及對(duì)于特征點(diǎn)裝配位置要求高的缺點(diǎn)。利用目標(biāo)上兩條不平行的直線的光學(xué)測(cè)量方法。提出了基于直線的位置姿態(tài)求取公式。使用該發(fā)明方法對(duì)位姿測(cè)量誤差進(jìn)行了仿真分析，同時(shí)給出了實(shí)際的測(cè)量誤差。該發(fā)明方法對(duì)攝像機(jī)模型沒有限制，且由于增加了帶測(cè)量的測(cè)量基線，所以減少了位置姿態(tài)參數(shù)的測(cè)量精度對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的依賴，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可滿足運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相對(duì)位置姿態(tài)的高精度測(cè)量的需求。
文檔編號(hào)G01C1/00GK102032871SQ20101056350
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者關(guān)鈺, 朱永麗, 楊明, 霍炬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)