[发明专利]基于激光跟踪仪逐点标定的目标位移矢量测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光跟踪仪逐点标定的目标位移矢量测量装置，其特征在于，它包括高速CCD摄像机（1）、激光跟踪仪（2）和漫反射投影屏幕（3），目标物在漫反射投影屏幕（3）上移动；

高速CCD摄像机（1）用于对漫反射投影屏幕（3）上的目标物标定点进行成像，激光跟踪仪（2）用于测定漫反射投影屏幕（3）上的目标物标定点坐标。

2.根据权利要求1所述的基于激光跟踪仪逐点标定的目标位移矢量测量装置，其特征在于，所述漫反射投影屏幕（3）为由两块1000mm×500mm×3mm的磨砂玻璃拼接而成的正方形，该漫反射投影屏幕（3）的背面喷涂黑色漆料。

3.一种基于权利要求1所述基于激光跟踪仪逐点标定的目标位移矢量测量装置的测量方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：设定漫反射投影屏幕（3）上一点A1作为目标物标定点，由激光跟踪仪（2）获得该目标物标定点A1在投影屏幕坐标系（4）上的坐标值为A1(U1,V1)；

步骤二：保持目标物标定点A1固定，利用高速CCD摄像机（1）对该目标物标定点A1进行成像，在高速CCD摄像机（1）的像面上得到目标物标定点A1的对应共轭点B1，对共轭点B1进行图像处理后，获得共轭点B1在像面坐标系（5）上的坐标值B1(m1,n1)；

步骤三：在漫反射投影屏幕（3）上，以目标物标定点A1为基准，再选定24个目标物标定点Ai，i=2,3,4,……,25，使25个目标物标定点在漫反射投影屏幕（3）上以25cm的间距均匀排布，然后依次按照步骤一和步骤二的方法，直至完成对第25个目标物标定点的测算，获得Ai(Ui,Vi)与Bi(mi,ni)的对应关系查找表，i=1,2,3,……,25；

步骤四：采用高速CCD摄像机（1）依次对目标物在漫反射投影屏幕（3）上投影获得的屏幕光斑成像，获得目标物投影点的共轭点Bj(mj,nj)，j=1,2,3,……；

步骤五：在所述对应关系查找表中查找共轭点Bj(mj,nj)，若Bj(mj,nj)与对应关系查找表中的某点Bi(mi,ni)重合，则执行步骤六；否则执行步骤七；

步骤六：根据对应关系查找表获得目标物投影点在投影屏幕坐标系（4）上的坐标值，然后执行步骤八；

步骤七：在所述对应关系查找表中根据Bj(mj,nj)周围最接近的四个已知标定点Bi(mi,ni)，采用双线性插值的解算方法获得Aj(Uj,Vj)，Aj(Uj,Vj)为与共轭点Bj(mj,nj)对应的目标物投影点在投影屏幕坐标系（4）上的坐标值；然后执行步骤八；

步骤八：由步骤四至步骤七过程中获得的Aj(Uj,Vj)的初始值与终值，计算获得目标物在漫反射投影屏幕（3）上的位移矢量。

4.根据权利要求3所述的基于激光跟踪仪逐点标定的目标位移矢量测量装置的测量方法，其特征在于，

所述目标物标定点为光斑或目标靶球。

5.根据权利要求4所述的基于激光跟踪仪逐点标定的目标位移矢量测量装置的测量方法，其特征在于，所述对共轭点B1进行图像处理后，获得共轭点B1在像面坐标系（5）上的坐标值B1(m1,n1)的具体方法为：首先对高速CCD摄像机（1）获得的共轭点B1的8位图像灰度数据进行双阈值像素提取，在共轭点B1的有效像素区域内利用线性插值的方法增加有效像素个数，再利用基于灰度加权的质心提取算法计算获得共轭点B1在像面坐标系（5）上的坐标值B1(m1,n1)。

6.根据权利要求5所述的基于激光跟踪仪逐点标定的目标位移矢量测量装置的测量方法，其特征在于，在共轭点B1的有效像素区域内利用线性插值的方法增加有效像素个数，再利用基于灰度加权的质心提取算法计算获得共轭点B1在像面坐标系（5）上的坐标值B1(m1,n1)的具体过程为：

下面以假设的一点为例，来说明该具体过程：

预设置共轭点的图像灰度数据库，该数据库包括呈矩阵排列的多个像素点f(p,q)，p为矩阵的行数，q为矩阵的列数，设定高速CCD摄像机（1）获得的共轭点B1的8位图像灰度数据为f(u,v)，并且该图像灰度数据f(u,v)位于图像灰度数据库的像素点f(2,2)、f(2,3)、f(3,2)及f(3,3)之间，

则利用线性插值的方法获得f(u,2)为：

f(u,2)=f(2,2)+(u-2)·[f(3,2)-f(2,2)]，

再通过f(2,3)和f(3,3)插值得到f(u,3)为：

f(u,3)=f(2,3)+(u-2)·[f(3,3)-f(2,3)]，

最后，利用f(u,2)和f(u,3)进行插值，获得f(u,v)：

f(u,v)=f(u,2)+(v-2)·[f(u,3)-f(u,2)]；

则原构成光斑的像素点f(2,2)、f(2,3)、f(3,2)及f(3,3)通过插值后，变为f(2,2)、f(2,3)、f(3,2)、f(3,3)及f(u,v)；

基于此，利用基于灰度加权的质心提取算法计算获得共轭点B1在像面坐标系（5）上的坐标值B1(m1,n1)为：

m1=2·f(2,2)+2·f(2,3)+3·f(3,2)+3·f(3,3)+u·f(u,v)f(2,2)+f(2,3)+f(3,2)+f(3,3)+f(u,v),]]>

n1=2·f(2,2)+3·f(2,3)+2·f(3,2)+3·f(3,3)+v·f(u,v)f(2,2)+f(2,3)+f(3,2)+f(3,3)+f(u,v).]]>