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专利名称：一种基于特征线的运动目标位姿光学测量方法
技术领域：
本发明涉及视觉测量中的一种运动目标位姿测量技术，具体涉及一种基于特征线 的位姿光学测量方法。
背景技术：
传统的监测系统一般采用在运动目标上直接安装特征点，通过对特征点进行拍 摄，处理其图像信息获得飞行器运动参数的方法，此种方法特征点的布局直接影响测量精 度，具体而言，特征点间的测量基线越长，相同特征点定位误差条件下测量精度越高；反之 测量精度低。按照现有的方法和技术，为了提高测量精度必须增加特征点间的距离，但特征 点间的距离受限于运动目标的尺寸，同时特征点距离的增加导致配合目标重量的增加。而 已有的传统方法每个特征点至少需要两台摄像机。当采用目标上特征点对目标运动参数进 行测量时，其测量精度不仅与特征点在两个坐标系中的坐标测量精度有关，而且受特征点 间的相对位置的影响。发明内容
本发明为了解决传统的监测系统测量精度低和稳定性差，以及对于特征点装配位 置要求高的缺点，而提出了一种基于特征线的运动目标位姿光学测量方法。
本发明的一种基于特征线的运动目标位姿光学测量方法的测量过程如下
在运动目标上安装特征点，首次设运动目标上存在不平行的两条直线L1和L2, P1, P2、P3和P4分别为直线上的点，其中点P1和P3位于直线L1上，点P2和P4位于直线L2上，所 述的Pi、P2、P3和P4四个点为特征点，定义所述四个特征点在目标坐标系和测量坐标系中的 坐标分别为Pmi，Pgi，其中i = 1，2，3，4;
目标坐标系与运动目标固连，其原点Om取在运动目标的质心上，则Pmi的值为定 值；
测量坐标系随运动目标的运动而变化，测量坐标系是确定运动目标的质心在空间 的坐标位置及其在空间的姿态的参考基准，其中空间的坐标位置是三个方向的平动X方 向位置、Y方向位置和Z方向位置，空间的姿态是绕三个方向轴的转动俯仰角、偏航角和滚 转角，则Pgi的值是测量值，是未知值；
在任意时刻，同一特征点在目标坐标系和测量坐标系中的坐标均满足如下关系
Pgi = CgmPmi+Tmg。 i = 1,2,3,4公式一
式中Cgm—目标坐标系相对于测量坐标系的旋转矩阵Cmg的逆；
Tfflgo—目标坐标系原点在测量坐标系中的位置向量；
把公式一中i = 1禾π i = 3时的等式两边分别作差，再把公式一中i = 2禾Π i = 4时的等式两边也分别作差，可得
Pg(J+2)-PgJ = Cgffl (Pffl(J+2)-Pfflj) j = 1,2公式二
对其两端向量进行归一化，如下式所示
权利要求
1. 一种基于特征线的运动目标位姿光学测量方法，其特征在于它的测量过程如下 在运动目标上安装特征点，首次设运动目标上存在不平行的两条直线L1和L2，Pi、P2、P3 和P4分别为直线上的点，其中点P1和P3位于直线L1上，点P2和P4位于直线L2上，所述的 P1^ P2> P3和P4四个点为特征点，定义所述四个特征点在目标坐标系和测量坐标系中的坐标 分别为 Pmi，Pgi，其中 i = 1，2，3，4 ；目标坐标系与运动目标固连，其原点Om取在运动目标的质心上，则Pmi的值为定值； 测量坐标系随运动目标的运动而变化，测量坐标系是确定运动目标的质心在空间的坐 标位置及其在空间的姿态的参考基准，其中空间的坐标位置是三个方向的平动X方向位 置、Y方向位置和Z方向位置，空间的姿态是绕三个方向轴的转动俯仰角、偏航角和滚转 角，则Pgi的值是测量值，是未知值；在任意时刻，同一特征点在目标坐标系和测量坐标系中的坐标均满足如下关系 Pgi — CgmPmi+Tmgo i — 1 2, 3, 4公式"~~‘式中C511——目标坐标系相对于测量坐标系的旋转矩阵Cmg的逆； Tfflgo—目标坐标系原点在测量坐标系中的位置向量；把公式一中i = 1和i = 3时的等式两边分别作差，再把公式一中i = 2和i = 4时 的等式两边也分别作差，可得
全文摘要
一种基于特征线的运动目标位姿光学测量方法。它涉及视觉测量中的一种运动目标位姿测量技术，它解决了传统的监测系统测量精度低和稳定性差，以及对于特征点装配位置要求高的缺点。利用目标上两条不平行的直线的光学测量方法。提出了基于直线的位置姿态求取公式。使用该发明方法对位姿测量误差进行了仿真分析，同时给出了实际的测量误差。该发明方法对摄像机模型没有限制，且由于增加了带测量的测量基线，所以减少了位置姿态参数的测量精度对光学系统的依赖，实验结果表明，该方法可满足运动目标相对位置姿态的高精度测量的需求。
文档编号G01C1/00GK102032871SQ20101056350
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者关钰, 朱永丽, 杨明, 霍炬 申请人:哈尔滨工业大学