[发明专利]基于标定板的空间旋转轴求解方法

说明书

本发明涉及空间旋转轴求解方法领域，尤其是基于标定板的空间旋转轴求解方法。该方法的步骤为：(1)将标定板用治具固定于目标物体上；(2)相机拍摄标定板图像计算出标定板相对于相机的位置矩阵H₁；(3)旋转目标物体；(4)相机拍摄标定板图像计算出标定板相对于相机的位置矩阵H₂；(5)计算旋转矩阵；(6)由旋转矩阵计算旋转轴V和旋转角度Theta。本发明通过借助标定板相机采集标定板图像方式，在求解空间物体旋转轴和旋转角度时提取特征统一，从而方便算法提取特征，提高了提取和计算精度，提高了计算速度。

技术领域

本发明涉及空间旋转轴求解方法领域，尤其是基于标定板的空间旋转轴求解方法。

背景技术

在求解空间物体旋转参数时不借助外界辅助工具无法准确计算出空间物体的旋转轴以及旋转角度，如果只是采用物体本身特征来计算旋转轴和旋转角度会存在抓取特征不稳定，目标姿态出现改变时会出现大的特征变化，无法采用统一的算法满足计算要求，最终给计算结果带来不确定和不稳定性。

发明内容

为了解决背景技术中描述的技术问题，本发明提供了一种基于标定板的空间旋转轴求解方法，通过借助标定板相机采集标定板图像方式，在求解空间物体旋转轴和旋转角度时提取特征统一，从而方便算法提取特征，提高了提取和计算精度，提高了计算速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于标定板的空间旋转轴求解方法，包括以下步骤：

(1)将标定板用治具固定于目标物体上；

(2)相机拍摄标定板图像计算出标定板相对于相机的位置矩阵H₁；

(3)旋转目标物体；

(4)相机拍摄标定板图像计算出标定板相对于相机的位置矩阵H₂；

(5)计算旋转矩阵；

(6)由旋转矩阵计算旋转轴V和旋转角度Theta。

具体地，所述标定板为点阵状标定板或国际象棋棋盘格标定板。

具体地，步骤(3)中，所述目标物体与标定板同步做轴角旋转运动。

具体地，所述位置矩阵H₁的计算方式为，标定板上各点在其参考坐标系下的坐标为W＝[x,y,z]^T，该点经过成像后的图像坐标为m＝[u,v]^T，将W,m转为齐次坐标形式W′＝[x,y,z,l]^T,m′＝[u,v,l]^T,则W′和m′的关系为：

sm′＝A[R t]W^T；

式中，s为缩放因子，R为世界坐标系相对于摄像机坐标系的旋转矩阵，t为世界坐标系相对于摄像机坐标系的平移向量，A为摄像机内部参数矩阵，A表述为：

公式一、

其中，(u₀,v₀)为图像平面主点坐标，a_x，a_y为图像坐标轴的尺度因子，a_x＝镜头焦距÷像元的横向尺寸，a_x镜头焦距÷像元的竖直尺寸，r是u和v的不垂直度，靶标上的点的三维坐标的z为0，其参考坐标系的x坐标轴方向水平向右，y坐标轴方向垂直向下，z坐标轴方向为垂直于纸面向里，用r_i(i＝l,2,3)表示矩阵R的每一列，将公式一改写为：