基于寬波束激光測(cè)距和單攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種寬波束激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法，要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用寬幅激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行高精度定位。技術(shù)方案是提前精確標(biāo)定相機(jī)內(nèi)參，將反射棱鏡加裝在待測(cè)目標(biāo)上，使用寬波束激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)量待測(cè)目標(biāo)到攝像機(jī)的距離，同時(shí)使用攝像機(jī)拍攝待測(cè)目標(biāo)，得到攝像機(jī)到待測(cè)目標(biāo)的高低角和方位角，最終得到空間目標(biāo)的空間位置。本發(fā)明采用基于寬波束激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)的攝像測(cè)量手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位?？蓪?shí)現(xiàn)測(cè)量范圍約10度，距離約5千米，精度可達(dá)到1米。
【專利說(shuō)明】基于寬波束激光測(cè)距和單攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及攝像測(cè)量、激光測(cè)距和目標(biāo)定位等領(lǐng)域，具體涉及基于寬波束激光測(cè)距和單攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]攝像測(cè)量技術(shù)利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和其在攝像機(jī)中成像的圖像之間的共線關(guān)系測(cè)量目標(biāo)的空間位置，具有低成本、高精度等優(yōu)點(diǎn)，在目標(biāo)定位領(lǐng)域已經(jīng)有了比較成熟的應(yīng)用。根據(jù)測(cè)量過(guò)程中使用攝像機(jī)數(shù)目的不同可以將攝像測(cè)量方法分為多目測(cè)量方法和單目測(cè)量方法。單目測(cè)量方法采用一臺(tái)攝像機(jī)即可獲得待測(cè)目標(biāo)的空間位置，使用靈活，方法簡(jiǎn)單，有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的單目測(cè)量采用一臺(tái)攝像機(jī)和一臺(tái)窄波束(一般小于I個(gè)毫弧度)激光測(cè)距儀分別測(cè)量待測(cè)目標(biāo)的方位信息和距離信息，兩者結(jié)合得到待測(cè)目標(biāo)的空間位置。但這種方法需要將窄波束激光測(cè)距儀安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，因此這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定的難度，成本也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有窄波束激光測(cè)距儀，在測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，存在需要轉(zhuǎn)臺(tái)輔助跟蹤的問(wèn)題，提出一種利用寬波束激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行三維定位的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是使用寬波束激光測(cè)距儀測(cè)量待測(cè)目標(biāo)與攝像機(jī)的距離，發(fā)射出以光軸為軸線的圓錐形寬波束激光波束，在這個(gè)寬波束所能照射的范圍內(nèi)，待測(cè)目標(biāo)通過(guò)加裝反射棱鏡都可以被測(cè)距。結(jié)合攝像機(jī)測(cè)量得到的光心與待測(cè)目標(biāo)的連線形成的空間角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。
[0005]具體為:將寬波束激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)左右或上下固聯(lián)在一起，組成測(cè)量系統(tǒng)，在待測(cè)目標(biāo)加裝反射棱鏡，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。寬波束測(cè)距儀發(fā)射激光波束，待測(cè)目標(biāo)上安裝的反射棱鏡接收到激光后向反方向反射，寬波束測(cè)距儀接收到反射回的激光，根據(jù)激光從發(fā)出到接收到回光的時(shí)間和光速，即可得到待測(cè)目標(biāo)的距離。
[0006]具體測(cè)量方法按以下步驟進(jìn)行:
1、精確標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)；
2、將寬波束激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)左右或上下固聯(lián)在一起，組成測(cè)量系統(tǒng)，保證安裝的穩(wěn)固性，在待測(cè)目標(biāo)加裝反射棱鏡；
3、利用寬波束測(cè)距儀測(cè)量目標(biāo)距離；
4、用攝像機(jī)對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行拍攝，提取待測(cè)目標(biāo)的圖像坐標(biāo)。修正成理想像點(diǎn)后計(jì)算出目標(biāo)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的高低角和方位角；
5、利用待測(cè)目標(biāo)的距離信息與空間角度信息計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)的空間坐標(biāo)；
6、若需要將待測(cè)目標(biāo)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到任意坐標(biāo)系下，只需要在攝像機(jī)視場(chǎng)方位內(nèi)布置兩個(gè)或兩個(gè)以上控制點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量攝像機(jī)在所求坐標(biāo)系下的位置即可通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到任意坐標(biāo)系下待測(cè)目標(biāo)的位置。[0007]采用本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明改變了傳統(tǒng)窄波束激光測(cè)距儀需要轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的測(cè)距方式。測(cè)量范圍在以寬波束激光測(cè)距儀激光波束能覆蓋的圓錐范圍內(nèi)。目前已實(shí)現(xiàn)的測(cè)量范圍約10度，距離約5千米，精度可達(dá)到I米。
[0008]2、本發(fā)明突破了傳統(tǒng)攝像測(cè)量的應(yīng)用范圍，為一些特殊環(huán)境，如只能用一臺(tái)攝像機(jī)且不便安裝轉(zhuǎn)臺(tái)的條件下，應(yīng)用攝像測(cè)量成為可能。
[0009]3、與其它方法相比較，本發(fā)明原理與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是寬幅激光測(cè)距儀測(cè)距的原理示意圖，
圖2是單攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)定向的原理不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]1、利用張正友單相機(jī)標(biāo)定方法(Z.Zhang, Flexible camera calibrationby viewing a plane from unknown orientations, proceedings of the FifthInternational Conference on Computer Vision, 1999，pp.666-673)精確標(biāo)定攝像機(jī)的
內(nèi)參數(shù)，得到內(nèi)參數(shù)矩陣
【權(quán)利要求】
1.基于寬波束激光測(cè)距和單攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法，其特征在于: 將寬波束激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)左右或上下固聯(lián)在一起，組成測(cè)量系統(tǒng)，在待測(cè)目標(biāo)加裝反射棱鏡，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，寬波束測(cè)距儀發(fā)射激光波束，待測(cè)目標(biāo)上安裝的反射棱鏡接收到激光后向反方向反射，寬波束測(cè)距儀接收到反射回的激光，根據(jù)激光從發(fā)出到接收到回光的時(shí)間和光速，即可得到待測(cè)目標(biāo)的距離； 具體測(cè)量方法按以下步驟進(jìn)行: (1)、精確標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)； (2)、將寬波束激光測(cè)距儀和單攝像機(jī)左右或上下固聯(lián)在一起，組成測(cè)量系統(tǒng)，保證安裝的穩(wěn)固性，在待測(cè)目標(biāo)加裝反射棱鏡； (3)、利用寬波束測(cè)距儀測(cè)量目標(biāo)距離；待測(cè)目標(biāo)上安裝的棱鏡接收到激光后向反方向反射，寬波束測(cè)距儀接收到反射回的激光，根據(jù)激光從發(fā)出到接收到回光的時(shí)間t，光速C，即可得到待測(cè)目標(biāo)的距離D=U/2 ； (4)、用攝像機(jī)對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行拍攝，提取待測(cè)目標(biāo)的圖像坐標(biāo)，修正成理想像點(diǎn)后計(jì)算出目標(biāo)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的高低角和方位角； (5)、利用待測(cè)目標(biāo)的距離信息與空間角度信息計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)的空間坐標(biāo)； (6)、若需要將待測(cè)目標(biāo)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到任意坐標(biāo)系下，只需要在攝像機(jī)視場(chǎng)方位內(nèi)布置兩個(gè)或兩個(gè)以上控制點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量攝像機(jī)在所求坐標(biāo)系下的位置即可通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到任意坐標(biāo)系下待測(cè)目標(biāo)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于寬波束激光測(cè)距和單攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法，其特征在于:所述步驟(4)，具體過(guò)程為: 首先對(duì)待測(cè)目標(biāo)在圖像上的坐標(biāo)進(jìn)行相差的修正得到理想像點(diǎn)(xy}, 根據(jù)已知的攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)求得理想像點(diǎn)到光心的距離:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于寬波束激光測(cè)距和單攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法，其特征在于:所述步驟(5)具體過(guò)程為: 利用待測(cè)目標(biāo)在攝像坐標(biāo)系下的高低角、方位角和其與攝像機(jī)的距離D即可求出待測(cè)目標(biāo)在攝像機(jī)坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)分別為:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于寬波束激光測(cè)距和單攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法，其特征在于:所述步驟(6)具體過(guò)程為: 測(cè)量光心位置(毛I(xiàn)； ZJ,控制點(diǎn)坐標(biāo)(Xi K Zi) 1^12, 將空間坐標(biāo)系原點(diǎn)移到光心位置，即用空間中的每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)減去光心位置的坐標(biāo)，則光心坐標(biāo)為(O O O),新的控制點(diǎn)的坐標(biāo)為

【文檔編號(hào)】G01S17/08GK103884334SQ201410139892
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】孫祥一, 趙哲, 周朗明 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)