[发明专利]基于单轴旋转机构的动态视觉测量系统校准装置及方法

说明书

一种基于单轴旋转机构的动态视觉测量系统校准装置，包括单轴旋转机构，标志点粘贴在单轴旋转机构的旋转平面上，旋转机构控制柜通过电缆与单轴旋转机构连接，视觉测量系统安装在三脚架上，且视觉测量系统与单轴旋转机构通过同步触发线连接。视觉测量系统包括左右两台相机，左右两台相机的公共视场能覆盖单轴旋转机构的旋转平面。

技术领域

本发明属于视觉测量领域，具体涉及一种基于单轴旋转机构的动态视觉测量系统校准装置及方法。

背景技术

随着航空航天领域的迅速发展，视觉测量系统以其高精度、快速、非接触等优势在相关领域中得到了广泛的应用，已被成功应用于空间物体三维位姿测量、大尺寸工业测量、目标识别等领域，例如飞行器动态位姿测量，助推级分离姿态测量等。视觉测量系统可以实时跟踪物体的运动过程，是一种动态的测量设备。目前关于动态视觉测量系统校准的相关研究较少，大部分的研究主要集中在静态条件下视觉系统的校准问题，以设备静态特性代替动态准确度是不可取的。现有研究则采用三轴转台和模拟件实现对动态视觉系统的校准，但三轴转台自身负载较大，且整轴回转存在遮挡，并不能为动态视觉系统校准提供较好的数据参考。

单轴高精度旋转机构作为一种高精准的动态测试平台，被广泛应用于惯性器件、测试系统等的动态性能校准，单轴旋转机构较之于三轴转台而言，其自身负载较小，可以实现高速旋转，且整轴回转不存在遮挡，对视觉系统而言，可以实现全视场测量。基于上述分析，本发明采用基于单轴高速旋转机构实现对动态视觉测量系统的校准，可满足动态视觉测量领域的计量校准需求。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单轴旋转机构的动态视觉测量系统校准装置及方法，解决动态视觉测量系统的校准问题。单轴高速旋转机构以一定的角速率w₀进行转动，同时建立相机坐标系o-xyz与旋转机构坐标系o′-x′y′z′之间的对应关系，并精确同步控制视觉测量系统与单轴高速旋转机构，用于校准动态视觉测量系统。

本发明的技术方案如下：一种基于单轴旋转机构的动态视觉测量系统校准装置，包括单轴旋转机构，标志点粘贴在单轴旋转机构的旋转平面上，旋转机构控制柜通过电缆与单轴旋转机构连接，视觉测量系统安装在三脚架上，且视觉测量系统与单轴旋转机构通过同步触发线连接。

视觉测量系统包括左右两台相机，左右两台相机的公共视场能覆盖单轴旋转机构的旋转平面。

一种基于单轴旋转机构的动态视觉测量系统校准装置的方法，包括以下步骤：

S1：单轴旋转机构内部测角器件的输出信号通过同步触发线传递给视觉测量系统的两台相机，作为视觉测量系统的同步信号；

S2：建立视觉测量系统坐标系o-xyz与单轴旋转机构坐标系o′-x′y′z′之间的关系；

S2.1：建立单轴旋转机构坐标系o′-x′y′z′，已知由视觉测量系统可解算出标志点在整周回转过程中不同旋转位置的坐标值，可得单轴旋转机构的中心轴线，此轴线作为单轴旋转机构坐标系的z′轴；再由z′轴与单轴旋转机构3的旋转平面的交点作为单轴旋转机构中心点，单轴旋转机构中心点与标志点初始位置质心的连线作为x′轴；y′轴则由右手法则确定，由此建立起旋转机构坐标系o′-x′y′z′，在此坐标系下可测得标志点的三维坐标p′＝(x′,y′,z′)^T；

S2.2：在视觉测量系统中，以左相机坐标系作为视觉测量系统坐标系o-xyz，通过位姿解算可得标志点在视觉测量系统坐标系下的三维坐标p＝(x,y,z)^T；

S2.3：分别获得标志点多个转动位置处，在视觉测量系统坐标系o-xyz与单轴旋转机构坐标系o′-x′y′z′两坐标系下的空间三维坐标值；再通过两坐标系之间变换公式(1)，可解算得到视觉测量系统坐标系o-xyz相对与单轴旋转机构3坐标系o′-x′y′z′间的旋转矩阵R和平移矩阵t，其变换公式如下：