[发明专利]利用移动靶标的变压器分区标定方法

权利要求书

1.利用移动靶标的变压器分区标定方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

(1)借助于精密运动控制系统带动单个圆形LED光靶标在变压器空间移动；

(2)利用CCD相机获取光靶标图像并实时传输到计算机；

(3)使用图像处理技术对光靶标图像进行处理，获得靶标中心在像平面的位置坐标；

(4)将像平面上的点按照“回”字形分成合适的区域；

(5)利用最小二乘法对各空间各个区域的图像中心坐标进行标定，即对变压器截面的中央坐标进行标定；其中

在第一步中：精密运动控制系统为Brown-Sharp三坐标测量机(CMM)，并与计算机通过RS232接口相连接，计算机可以控制CMM在X，Y，Z三方向上移动，LED光靶标固定在CMM的测量臂上，通过计算机软件可以实时读取并存储测量臂尖端在CMM坐标系(即世界坐标系)下的坐标值。CCD相机固定于光靶标前方，并且不会影响CMM的移动；

在第二步中：相机摄取图像并通过千兆网线实时地传输到计算机，CMM呈梯台形移动，距离相机近的截面面积小，距离远的截面面积大，这样能够保证任何截面上的点落在像平面上时，能够充分布满像平面范围，有助于更精确的进行标定计算；

在第三步中：计算机对图像处理过程包括图像滤波、阈值分割、黑白翻转、轮廓跟踪和最小二乘椭圆拟合，最终获得光靶标中心在像平面中的坐标，并与其在CMM坐标系下的坐标同时进行存储；

在第四步中，对空间点集按照在像平面成像位置分成几个区域，采用回字形对像平面进行分区域；

在第五步中，利用最小二乘法对各空间各个区域的图像中心坐标进行标定，即对变压器截面的中央坐标进行标定。

2.根据权利要求1所述的利用移动靶标的变压器分区标定方法，其特征在于，在第五步进行最小二乘法判断时，设点Q(x，y，z)在相机坐标系下的坐标为(u，v，w)，根据两者的坐标变换关系，可知：

uvw=[RT]·xyz1---(1)]]>

旋转平移矩阵R和T可以通过相机透视变换模型并牛顿-高斯法求解得到

设到第i个位置时，测试点Q在相机坐标系下的实际坐标为(u_i，v_i，w_i)^T，理想值为(u，v，w)^T，则可得最优化目标函数：

g=(X)=Σi=1n(fi)2---(2)]]>

其中fi(x,y,z,u,v,w)=(ui-u)2+(vi-v)2+(wi-w)2,]]>优化变量X＝(x，y，z，u，v，w)，即测试点Q在光笔坐标系和相机坐标系下的坐标。

系统的非线性方程组为：

fi(x，y，z，u，v，w)＝0i＝1，2，L，n(3)

可使用最小二乘解的广义逆法求解此方程组，即可得到相应的坐标(u，v，w)^T、(x，y，z)^T。

3.根据权利要求1所述的利用移动靶标的变压器分区标定方法，其特征在于，由于每幅图像可以得到3个非线性方程，优化变量X有6个未知数，因此X的初值可以通过两幅以上的图像计算得到；采集n幅图像后，即可以得到含有n个方程的非线性方程组f_i(x，y，z，u，v，w)＝0i＝1，2，L，n，利用最小二乘解的广义逆法求解此方程组；最后进行收敛判断，相邻两次最优解的差值绝对值＜0.01或者达到10^-6数量级时，停止迭代计算，将最后一次得到的优化变量X中的(x，y，z)^T作为测试点的坐标值，即可得到该区域的图像中心坐标，即变压器截面的中央坐标值。