[发明专利]一种基于平面的标靶球头标定方法、系统及应用

权利要求书

1.一种基于平面的标靶球头标定方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1，建立标靶本地坐标系{Q_i}；

步骤2，使用标靶测量平面S，采集多个位置，使用视觉测量系统采集每个位置下标靶的结构点{P_i}，并确保至少三个位置处的标靶姿态相近或相同，并计算{Q_i}到{P_i}的刚体变换关系(R_i,T_i)，其中R_i为旋转矩阵，T_i为平移矢量，得P_i＝R_i·Q_i+T_i；

步骤3，取各标靶结构上的同一位置的点U,获取所有标靶上的点U在视觉坐标系下的坐标，采用标靶姿态相近或相同的三个不同位置处标靶上的点U在视觉坐标系下的坐标集合{Ui}，使用{Ui}拟合平面S，得到该平面S法向量N的初值；

步骤4，计算所有旋转矩阵R_i的平均值以及平移量T_i的平均值并重定义R_i和T_i:后续计算步骤在没有特殊说明下的R_i和T_i皆指重定义后R_i和T_i。

步骤5，使用所有位置的{(R_i,T_i)}，以及平面S法向量N的初值，基于式(Ⅰ)求解标靶球头的球心在标靶本地坐标系下的坐标H(Hx,Hy,Hz)的初值，

(a_i，b_i，c_i)·(Hx，Hy，Hz)+d_i＝0....................(Ⅰ)

其中，d_i＝T_i·N，

是矩阵R_i的转置矩阵，N是平面法向量，它们的乘积得到一个向量

(a_i，b_i，c_i)，T_i是个向量，其与法向量N的点积得到一个标量d_i；

步骤6，基于目标函数式(Ⅱ)，使用迭代算法优化求解∑||e_i||²最小值，获取最优(H,N)组合；其中，e_i为残差；

argmin∑||e_i||²＝argmin∑||(R_i·H)·N+T_i·N||².......(Ⅱ)

步骤7，计算雅可比梯度矩阵式(Ⅲ)，

其中，J_iH为e_i对H的导数，J_iN为e_i对N的导数。

2.根据权利要求1所述的标靶球头标定方法，其特征在于：步骤2中，取n≥6。

3.根据权利要求1所述的标靶球头标定方法，其特征在于：步骤2中，确保前三个不同位置处的标靶姿态相近或相同。