[发明专利]一种基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定装置及标定方法

权利要求书

1.一种基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定装置，其特征在于：包括二维转台、电机驱动器、LED、磁性表座支撑架、一维平移台、计算机和复眼系统，其中二维转台包括高精度伺服电机和固定框架，复眼系统安装在转台横轴的末端，复眼跟随竖轴和横轴转动，LED安置在磁性表座支撑架顶端，其安放位置可进行调整，支撑架固定于一维平移台，LED可在一维平移台上沿转台横轴方向实现一维平移运动，标定过程中，控制驱动器来驱动竖轴和横轴转动，通过控制一维平移台实现LED位置移动，复眼系统捕获三维空间目标点获得光斑图像，图像通过USB接口传输到计算机中，计算图像光斑点中心坐标，记录竖轴、横轴角度值和光斑中心坐标，从而在统一的坐标系下的两个位置上建立每个子眼的坐标-角度的映射关系。

2.一种基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定方法，利用上述权利要求1的基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定装置，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)调节二维转台装置，实现竖轴与横轴相交于复眼球冠面的球心位置，并使竖轴与横轴相互垂直；

步骤(2)设置两个电机转动轴的角度零点位置，作为标定过程中角度转动的起点，并将两个电机转动到零点位置；

步骤(3)将LED放置在复眼前方500mm处，在360°内等角度间隔转动横轴，在每个位置采集复眼捕获的斑点图像，通过USB接口将图像传输到计算机中计算光斑中心坐标，沿转台横轴方向调整LED位置，在转动横轴时，使中心子眼的成像光斑中心位置不变；

步骤(4)从角度零点位置开始，计算机的控制流程实现标定过程的自动化运行，驱动上下电机带动复眼转动，记此时LED的位置为Z₁，在设定的一系列角度位置上，采集LED成像在CMOS上的光斑图像，计算图像光斑中心点坐标，将光斑与对应子眼通道进行匹配，确定斑点所属子眼，并记录子眼通道此时上下电机的转动角度与光斑点坐标；

步骤(5)第一个位置记录完了后，测量LED到复眼球冠面球心的距离；

步骤(6)控制一维平移台移动LED到新的位置Z₂，在Z₂位置上重复步骤(4)和(5)；

步骤(7)在两轴转动时，可以把两轴的转动转换为LED的旋转，因此可以认为转台静止，而LED在空间中围绕两轴交点旋转，建立统一的坐标系，可以在Z₁和Z₂两个位置上分别得到LED在空间中呈球面分布的虚拟三维靶标，记录Z₁和Z₂两个位置上LED与两轴交点的距离、每个子眼对应的两电机转轴转动的角度和图像点的坐标；

步骤(8)根据记录的坐标和角度关系，通过离散点插值的方法可以得到斑点在每个虚拟球面上的对应位置，进一步可以得到每一个图像斑点与入射光线矢量的映射关系，即可完成标定过程。

3.根据权利要求2所述的一种基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定方法，其特征在于：所述标定步骤中的数学模型包括：竖轴相对于其角度零点转动角度记为α，横轴相对于其角度零点转动角度记为β，图像上光斑点坐标记为P(u,v)，则对于每个子眼在Z₁位置两电机转动的角度和光斑位置可以记为(α₁₁,β₁₁,P₁₁)，(α₁₂,β₁₂,P₁₂)，…，(α_1n,β_1n，P_1n),在Z₂位置两个电机转动的角度和光斑位置记为(α₂₁,β₂₁,P₂₁),(α₂₂,β₂₂,P₂₂)，…，(α_2n,β_2n,P_2n)，建立了每个子眼的图像上点与对应Z₁和Z₂两个位置的球面上点与转台坐标系夹角的关系P和

建立OXYZ世界坐标系，坐标系原点位于两轴交点，Y轴与竖轴重合，正方向为远离下电机的方向，Z轴于横轴重合，正方向为远离上电机的方向，坐标系为右手坐标系，在距离原点为R的位置上，上下电机的角度为(α,β)，其虚拟靶标点的三维坐标(x,y,z)为：

在两个这样的位置上建立斑点-角度的对应关系，对于一个已知的角度，通过插值，可以得到对应角度，从而分别获得在Z1和Z2两个位置上虚拟球面上的对应点，对应点连线的直线方程即为入射光线，设入射光线与坐标系夹角为因此可以建立斑点与入射光线矢量的关系实现标定。