[发明专利]一种基于经纬仪的球体定位方法

说明书

本发明公开了一种基于经纬仪的球体定位方法，利用经纬仪的测角精度高的特性，根据球体在经纬仪中至少三个轮廓点的经纬度值进行球心定位。本发明提供的球体定位方法与现有利用图像的定位方法相比，不需要进行复杂的摄像机参数标定过程，可以有效减少因标定不精确而带来的定位误差；与利用全站仪测量的定位方法相比。该方法不需要再额外制作辅助的定位元器件，还能避免全站仪测距不精确问题。即本发明可以简化现有球体定位技术的过程，减少定位误差的引入，降低定位成本，最终得到更高的定位精度。

技术领域

本发明涉及球体定位技术领域，具体为一种基于经纬仪的球体定位方法。

背景技术

由于球体在空间中具有旋转对称性的特点，因此其图像有很好的轮廓连续性。基于球体的这一特征，目前在靶标球半径已知的前提下，基于图像的球体定位方法在机器人视觉系统、动作捕捉系统都有广泛应用。这种球体定位方法根据其投影轮廓椭圆的边缘点坐标或者椭圆面积提取球心，在实际应用中很难达到较高精度。因为该方法在应用时首先摄像机需要对焦距、主点、镜头畸变系数、摄像机位置和姿态等参数进行精确标定。其次，由于数字图像栅格化现象的存在使得其投影椭圆的提取精度存在限制。再者，固定对焦摄像机的景深会限制球心定位的工作范围及影响成像清晰度，而可调对焦摄像机则会造成焦距、主点、镜头畸变系数的微调。

另外，基于全站仪的球体定位方法需要额外制作内置水平仪的圆筒获取球心基准点。全站仪虽然同经纬仪一样可以实现较高的测角精度，然而其激光测距精度受电子元件限制通常为毫米级，存在测距不精确问题，且成本相对较高。

发明内容

(一)发明目的

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于经纬仪的球体定位方法，利用经纬仪的测角精度高的特性，可以在最少对球体轮廓测量三次经纬度值时实现定位，也可以在增加球体轮廓经纬度值测量次数时进一步提高精度。本发明提出的球体定位方法能够简化现有球体定位的过程，实现更高的定位精度，还可以降低成本。

(二)技术方案

为实现上述定位精度高和低成本的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于经纬仪的球体定位方法，利用经纬仪的测角精度高的特性，根据球体在经纬仪中至少三个轮廓点的经纬度值进行球心定位，具体包括以下步骤：

步骤1、使用经纬仪获取球体轮廓上至少三个近似均匀分布的点的经纬度；

步骤2、将上述步骤中得到的经纬度值转化为三维空间直角坐标系下的坐标值；

步骤3、根据上述步骤中的每个坐标值以及球体半径，都可以得到如图1所示的圆柱，进而利用球心在圆柱面上的约束得到关于球心坐标的多个三元二次方程；

步骤4、联立上述步骤中的三元二次方程，然后用基方法求解该方程组；

步骤5、从上述步骤求得的方程组解中提取球心坐标有意义的解；

步骤6、当球体轮廓测量点个数大于3时，以提取的球心坐标为初始值，构建目标参数的优化函数，进而使用优化算法实现对球心的最优解计算。

优选的，所述球体的轮廓点位置近似均匀选取。

优选的，所述使用的球体轮廓点个数范围为6～10个。

优选的，所述目标球体的半径R使用测量仪器多次测量取平均值。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于经纬仪的球体定位方法，具备以下有益效果：