[发明专利]标志点正交分光成像位姿测试方法及传感器有效

专利信息
申请号: 201310476015.0 申请日: 2013-10-12
公开(公告)号: CN103528569A 公开(公告)日: 2014-01-22
发明(设计)人: 孙长库;杨茜;王鹏;孙鹏飞 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: G01C11/00 分类号: G01C11/00;G01C1/00
代理公司: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 刘国威
地址: 300072*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 标志 正交 分光 成像 测试 方法 传感器
【权利要求书】:

1.一种标志点正交分光成像位姿传感器,其特征是,由一个成像镜头、分光镜、两个柱面镜和两个正交放置的线阵CCD、以及DSP组成,标志点经过物镜后成为圆形光斑,圆形光斑经过分光镜分束,成为两个相互正交的光束,在光束的传播方向上分别放置柱面镜,则将标志点的像拉长为与柱面镜水平子午面平行的线状像,该线状像的垂直平分面上放置线阵CCD,该线状像与线阵CCD相交,并成像于该线阵CCD上,得到空间发光点在两个线阵CCD上的成像位置,即空间特征点在虚拟像面上的二维坐标,使用DSP根据标志点的二维坐标,解算其投射直线,并将信息输出。

2.如权利要求1所述的标志点正交分光成像位姿传感器,其特征是,柱面镜相互垂直,与分光镜的水平和垂直面平行,两个线阵CCD的中心线与柱面镜的母线垂直,并同时与镜头光轴相交。

3.一种标志点正交分光成像位姿测试方法,其特征是,借助于权1所述位姿传感器实现,并包括如下步骤:标志点正交分光成像位姿测试方法,借助于前述位姿传感器实现,并包括如下步骤:综合考虑垂直线阵CCD和水平线阵CCD得到的发光点所在两个光平面的位置,采用得到的空间发光特征点通过镜头成像过程中的透视投影直线,综合物镜和柱面镜畸变,建立正交分光成像位姿传感器的数学模型:

suv1=fSxτu00fSyv0001RT0T1xyz1=M1M2xyz1]]>

其中,s为任意比例常数,(u,v)为CCD测得的标志点横纵坐标,f为物镜焦距,Sx为横像素距离,Sy为纵像素距离,τ为成像平面倾斜因子,(u0,v0)为系统光学中心在CCD上的坐标,(x,y,z)为对应的标志点的空间坐标,RT为旋转平移矩阵,M1为内参,M2为外参。

通过标定,即可得到系统的内参和外参矩阵M1M2,因此,通过CCD上标志点的坐标,即可得到该标志点在空间中所处的透视投影直线。

由于径向、偏心和薄透镜畸变,由该模型推算得到的空间标志点的位置需要进一步地校正。

xy=xy+A(ATA)-1ATxi-xyi-y]]>

其中,(x',y',1)T为校正畸变后的标志点空间投射直线,(x,y,z)T为根据模型计算得到的标志点空间坐标,

其中,A=x(x2+y2)03x2+y22xyx2+y200y(x2+y2)2xyx2+3y20x2+y2]]>

使用3个以上的标志点进行标定即可得到畸变系数阵P,进而可以通过上式得到校正后的标志点空间透视投影直线。

4.如权利要求3所述的标志点正交分光成像位姿测试方法,其特征是,还包括如下细化步骤:先确定位姿传感器其视场角,即所测物体大小与距离之比,根据视场角和CCD有效测量尺寸确定成像物镜和柱面镜的组合焦距,再根据所需分辨率确定通光孔径的尺寸,进而使用CodeV验证其精度并根据光路确定分光镜的尺寸和位置。

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