[发明专利]基于铅垂线的水平仪装配误差标定方法

说明书

本发明公开了一种基于铅垂线的水平仪装配误差标定方法。首先，将水平仪与相机固定在实验平台上，使三者组成稳定的固连光电测量系统；然后，改变光电测量系统的角度，确保视场中有显著的铅垂线，拍摄多张图像，并记录对应的水平仪倾角数据；接着，采用Hough直线检测算法对拍摄的图像进行处理，提取图像中建筑物的铅垂线，记录铅垂线上的坐标点；最后，利用获得的坐标信息和水平仪读数，实现水平仪装配误差矩阵的标定。该方法克服了传统光电测量系统中水平仪姿态信息缺乏的限制，采用场景中铅垂线在水平状态下拍摄的相机图像平面上应为竖直线的原理，进行系统中水平仪装配误差的标定。

技术领域

本发明属于计算机视觉中图像处理技术领域，具体涉及一种基于铅垂线的水平仪装配误差标定方法。

背景技术

光电测量系统通过在固定位置安装可见光或红外CCD实现目标的检测和测量。由于实验场地的差异性，光电测量系统在使用时往往需要不同的惯性传感器或者水平仪进行辅助测量，以获取探测器的姿态信息或进行探测器的稳像。随着各种相关装置的不断发展，光电测量系统的标定问题成为了国内外研究者讨论的热点话题，并在航空航天、自动化、机器人等领域得到了广泛的应用(Ding J.Research on attitude algorithm based onmicro inertial sensors[D].Shanghai:Shanghai Jiao tong University,2013.)。低成本，高精确度，小型化，低能耗，高载荷等性能，成为了光电测量系统的发展方向(Liu X.Theattitude test algorithm based on MEMS multidimensional inertial sensors[D].Harbin:Harbin Engineering University,2013.)。

水平仪作为一种微小倾角的测量工具，能够固定在光电测量系统中给出系统相对于水平面的姿态变化(Cao J,Zhang L,Wu H,et al.Analytical approach formeasurement of spatial angle with inclination sensor[J].Journal of Xian Jiaotong University,2013.)。待测目标在三维空间中的实际位置坐标可以通过水平仪的倾角信息，辅助图像处理的手法得到(Gang T,Tao W,Zhi-Yong W U,et al.Application ofhigh accuracy inclinometer to deformation measurement for vehicular platform[J].OpticsPrecision Engineering,2010,18(6):1347-1353.)。

由于水平仪只能测量装配平面与水平面的夹角，得到水平仪倾角信息，而无法获取系统完整的姿态信息，因此，在对系统装配误差标定时，一般需要结合惯性传感器进行统一标定。然而，惯性传感器本身的累积误差会影响水平仪的标定精度(Lambrecht S,Nogueira S L,Bortole M,et al.Inertial Sensor Error Reduction throughCalibration and Sensor Fusion.[J].Sensors,2016,16(2).)。此外，高精度精密仪器，如高精度陀螺仪等，加个昂贵，且不便于集成化(1.Barbour N M.Inertial navigationsensors[J].2010；2.Woodman O J,Woodman C O J.An introduction to inertialnavigation[J].Journal of Navigation,2007,9(3):249-259.)。

发明内容