[发明专利]一种单目激光辅助舱段对接方法

说明书

本发明涉及一种单目激光辅助舱段对接装置，包括中央处理器、底座(1)、单目摄像机、二自由度转台、激光测距仪和两个电动马达，支撑单目摄像机的摄像机支架(2)固定在底座(1)上并伸出安装平面一定距离以获得需要的视野；二自由度转台包括主轴(3)和载物台(7)，载物台(7)安装在主轴(3)上；激光测距仪(8)固定在二自由度转台的载物台(7)上，二自由度转台的主轴(3)具有一定的长度以使固定在载物台(7)上的激光测距仪获得和单目摄像机视野相似的激光点可达范围。本发明同时提供一种采用所述的单目激光辅助舱段对接装置实现的辅助对接方法，本发明可同时对两待对接舱段体进行测量。

所属技术领域

本发明涉及一种利用三维测量辅助舱段进行对接的装置，具体是使用激光测距仪辅助单目摄像机实现对两对接舱段的三维坐标和姿态测量。

背景技术

三维测量技术，就是对物体的三维信息进行直接量测或间接估计的技术。与传统的二维图像信息相比，物体的三维信息能够更全面、真实地反映客观物体，为人们提供更多的信息量。三维测量主要包括接触式和非接触式两大类。对接技术，是指不同的部件间会合并结合为统一整体的技术。对接装置包含两个对接舱段体间的位置、姿态偏差检测装置。

目前存在的三维测量辅助舱段对接转置分为光学主动式和光学被动式。使用激光扫描的方法进行三维重建属于光学主动式测量，使用单目或双目的方法是光学被动式测量。激光扫描法经过激光测距，通过光学三角形原理分别得到两舱段体的深度点云数据，进而重构出舱段体的三维位置、姿态信息，但使用这种方式对舱段体的表面特性、反射率、复杂程度等有较大限制，且如果使用单个激光探头则需要的测量时间较长，若使用多个激光探头同时测量又面临着成本高的问题。现有的用于辅助舱段对接的装置主要是激光跟踪仪，它的原理是使用一面可旋转的平面镜反射激光器发射的激光，使激光照射到贴在待对接部件表面的反射镜，反射镜反射激光沿相同的光路返回照射到激光跟踪仪的光电接收元件上并同时完成测距，一旦反射镜跟随部件移动，反射镜将自动调整相应的角度以确保激光对反射镜的跟踪。使用激光跟踪仪可以获得较高的对接精度和速度，但它的缺点也很明显：需要在对接部件上加装反射镜和 200～300万元一台的高昂价格。

使用单个摄像机可以获得舱段体二维位置信息，为了实现三维测量，需对舱段体进行多次不同像距下的拍摄测量，摄像机的焦距和像距已知时，可由透镜成像原理求得物距，即舱段体的深度信息，经过对两舱段体上多点进行三维测量后，可得到舱段体的姿态信息。单目法测量精度受到镜头景深和焦距深度的限制，且不同深度区域需要进行多次聚焦和拍摄多幅图像，因而测量速度也慢。

双目立体视觉法使用两台摄像机对两对接舱段体进行拍摄，类似于人眼成像的原理，两台摄像机图像匹配后由几何关系可以得到两舱段体的深度信息，同样经过对两舱段体的多个不同点的三维测量后可以得到两舱段体的姿态信息。但双目测量系统需要在两摄像机图像中进行定点匹配，计算过程复杂且整体测量精度低、深度信息不准确。

上海砺晟光电技术有限公司提出一种使用激光测距仪辅助单目摄像机进行三维测量的装置{专利 CN201510248456.4}。该转置使用激光测距仪获得物体的深度信息，使用摄像机获得物体的二维平面信息。但此转置只能进行二维平面物体的三维测量，无法对圆柱或圆锥形的舱段体进行三维测量且无法对舱段体的姿态进行测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种基于单目激光三维测量辅助舱段对接的装置。本发明需利用舱段体上的视觉标志点进行测量。本发明的技术方案如下：

一种单目激光辅助舱段对接装置，包括中央处理器、底座(1)、单目摄像机、二自由度转台、激光测距仪和两个电动马达，单目摄像机得到的视频信息和激光测距仪的测距结果均被送入中央处理器。其中，

支撑单目摄像机的摄像机支架(2)固定在底座(1)上并伸出安装平面一定距离以获得需要的视野，视野范围内应包含两个待对接舱段的连接部分；