標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法及傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及位姿測(cè)量，為實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度、快速的單目視覺(jué)位姿測(cè)量，滿(mǎn)足航空航天中瞄準(zhǔn)和定位、空間坐標(biāo)測(cè)量、空間物體合作移動(dòng)等任務(wù)中對(duì)于空間位姿測(cè)量定位的需求，為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法及傳感器，由一個(gè)成像鏡頭、分光鏡、兩個(gè)柱面鏡和兩個(gè)正交放置的線(xiàn)陣CCD、以及DSP組成，標(biāo)志點(diǎn)經(jīng)過(guò)物鏡后成為圓形光斑，圓形光斑經(jīng)過(guò)分光鏡分束，成為兩個(gè)相互正交的光束，在光束的傳播方向上分別放置柱面鏡，該線(xiàn)狀像的垂直平分面上放置線(xiàn)陣CCD，該線(xiàn)狀像與線(xiàn)陣CCD相交，并成像于該線(xiàn)陣CCD上，使用DSP根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)的二維坐標(biāo)，解算其投射直線(xiàn)，并將信息輸出。本發(fā)明主要應(yīng)用于位姿測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法及傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及位姿傳感器，尤其適用于高速大范圍高精度位姿測(cè)量中。具體講涉及標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法及傳感器。
技術(shù)背景
[0002]單目視覺(jué)位姿傳感器可以實(shí)現(xiàn)大測(cè)量視場(chǎng)角測(cè)量，但是面陣CCD在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中數(shù)據(jù)量比較大，大大限制了面陣CCD進(jìn)行位姿測(cè)量過(guò)程中圖像數(shù)據(jù)的采集速度。而通常位姿測(cè)量過(guò)程中都只使用4-6個(gè)空間特征點(diǎn)，在攝像機(jī)像面上占的像素很少，這種結(jié)構(gòu)對(duì)面陣CCD上數(shù)據(jù)的利用率比較低。同時(shí)，面陣CCD像素的分辨率也限制了空間位姿測(cè)量的精度。
[0003]線(xiàn)陣CCD可以實(shí)現(xiàn)高速高分辨率的數(shù)據(jù)采集。然而，線(xiàn)陣CCD的特殊結(jié)構(gòu)只能完成一維測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)三維位姿測(cè)量，現(xiàn)有技術(shù)是將幾個(gè)線(xiàn)陣CCD結(jié)合，但是在這種基于多線(xiàn)陣CCD的位姿測(cè)量過(guò)程中，特征點(diǎn)必須在多個(gè)線(xiàn)陣CCD的公共視場(chǎng)之內(nèi)，大大限制了多線(xiàn)陣CCD位姿測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服多線(xiàn)陣CCD位姿測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量范圍上的限制，解決現(xiàn)有單目位姿測(cè)量和多線(xiàn)陣CCD位姿測(cè)量傳感器中存在的測(cè)量速度、測(cè)量精度和測(cè)量范圍的矛盾，實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度、快速的單目視覺(jué)位姿測(cè)量，滿(mǎn)足航空航天中瞄準(zhǔn)和定位、空間坐標(biāo)測(cè)量、空間物體合作移動(dòng)等任務(wù)中對(duì)于空間位姿測(cè)量定位的需求，為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿傳感器，由一個(gè)成像鏡頭、分光鏡、兩個(gè)柱面鏡和兩個(gè)正交放置的線(xiàn)陣CCD、以及DSP組成，標(biāo)志點(diǎn)經(jīng)過(guò)物鏡后成為圓形光斑，圓形光斑經(jīng)過(guò)分光鏡分束，成為兩個(gè)相互正交的光束，在光束的傳播方向上分別放置柱面鏡，則將標(biāo)志點(diǎn)的像拉長(zhǎng)為與柱面鏡水平子午面平行的線(xiàn)狀像，該線(xiàn)狀像的垂直平分面上放置線(xiàn)陣CCD，該線(xiàn)狀像與線(xiàn)陣CCD相交，并成像于該線(xiàn)陣CCD上，得到空間發(fā)光點(diǎn)在兩個(gè)線(xiàn)陣CCD上的成像位置，即空間特征點(diǎn)在虛擬像面上的二維坐標(biāo)，使用DSP根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)的二維坐標(biāo)，解算其投射直線(xiàn)，并將信息輸出。
[0005]柱面鏡相互垂直，與分光鏡的水平和垂直面平行，兩個(gè)線(xiàn)陣CXD的中心線(xiàn)與柱面鏡的母線(xiàn)垂直，并同時(shí)與鏡頭光軸相交。
[0006]標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法，借助于前述位姿傳感器實(shí)現(xiàn)，并包括如下步驟:綜合考慮垂直線(xiàn)陣CCD和水平線(xiàn)陣CCD得到的發(fā)光點(diǎn)所在兩個(gè)光平面的位置，采用得到的空間發(fā)光特征點(diǎn)通過(guò)鏡頭成像過(guò)程中的透視投影直線(xiàn)，綜合物鏡和柱面鏡畸變，建立正交分光成像位姿傳感器的數(shù)學(xué)模型:
【權(quán)利要求】
1.一種標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿傳感器,其特征是，由一個(gè)成像鏡頭、分光鏡、兩個(gè)柱面鏡和兩個(gè)正交放置的線(xiàn)陣CCD、以及DSP組成，標(biāo)志點(diǎn)經(jīng)過(guò)物鏡后成為圓形光斑，圓形光斑經(jīng)過(guò)分光鏡分束，成為兩個(gè)相互正交的光束，在光束的傳播方向上分別放置柱面鏡，則將標(biāo)志點(diǎn)的像拉長(zhǎng)為與柱面鏡水平子午面平行的線(xiàn)狀像，該線(xiàn)狀像的垂直平分面上放置線(xiàn)陣(XD，該線(xiàn)狀像與線(xiàn)陣CXD相交，并成像于該線(xiàn)陣CXD上，得到空間發(fā)光點(diǎn)在兩個(gè)線(xiàn)陣CXD上的成像位置，即空間特征點(diǎn)在虛擬像面上的二維坐標(biāo)，使用DSP根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)的二維坐標(biāo)，解算其投射直線(xiàn)，并將信息輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿傳感器，其特征是，柱面鏡相互垂直，與分光鏡的水平和垂直面平行，兩個(gè)線(xiàn)陣CCD的中心線(xiàn)與柱面鏡的母線(xiàn)垂直，并同時(shí)與鏡頭光軸相交。
3.—種標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法，其特征是，借助于權(quán)I所述位姿傳感器實(shí)現(xiàn)，并包括如下步驟:標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法，借助于前述位姿傳感器實(shí)現(xiàn)，并包括如下步驟:綜合考慮垂直線(xiàn)陣CCD和水平線(xiàn)陣CCD得到的發(fā)光點(diǎn)所在兩個(gè)光平面的位置，采用得到的空間發(fā)光特征點(diǎn)通過(guò)鏡頭成像過(guò)程中的透視投影直線(xiàn)，綜合物鏡和柱面鏡畸變，建立正交分光成像位姿傳感器的數(shù)學(xué)模型:
4.如權(quán)利要求3所述的標(biāo)志點(diǎn)正交分光成像位姿測(cè)試方法，其特征是，還包括如下細(xì)化步驟:先確定位姿傳感器其視場(chǎng)角，即所測(cè)物體大小與距離之比，根據(jù)視場(chǎng)角和CCD有效測(cè)量尺寸確定成像物鏡和柱面鏡的組合焦距，再根據(jù)所需分辨率確定通光孔徑的尺寸，進(jìn)而使用CodeV驗(yàn)證其精 度并根據(jù)光路確定分光鏡的尺寸和位置。
【文檔編號(hào)】G01C1/00GK103528569SQ201310476015
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】孫長(zhǎng)庫(kù), 楊茜, 王鵬, 孫鵬飛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)