[发明专利]基于先验数据校正的高精度位置测量装置与方法

权利要求书

1.基于先验数据校正的高精度位置测量方法，其特征在于，所述基于先验数据校正的高精度位置测量方法的具体步骤为：

步骤一：测量开始前使用先验数据对相机(2)进行校正，获得相机(2)的内参矩阵和畸变系数，得到相机(2)的内参矩阵为

其中f_x、f_y为相机(2)的焦距，u₀、v₀为像平面中心在像素坐标系下的坐标；

校正时采用的相机(2)畸变模型为

x′＝x(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)+2p₁xy+p₂(r²+2x²)

y′＝y(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)+2p₂xy+p₁(r²+2y²)

r²＝x²+y²

其中(x,y)、(x′,y′)分别为像平面坐标系下同一点在畸变前后的坐标，r为畸变前该点与像平面原点的像素距离，k₁、k₂、k₃为径向畸变系数，p₁、p₂切向畸变系数；

步骤二：校正完成后固定相机(2)的位置，使相机(2)的光轴与运动平面垂直；以相机(2)的光轴与运动平面的交点为原点，在运动平面内建立直角坐标系O₂XY，其坐标轴与像平面坐标系O₁UV中的对应坐标轴平行；

运动物体(4)在像平面坐标系下的坐标为(u,v)，在运动平面坐标系下的坐标为(x_W,y_W)，两坐标系下坐标之间的转换关系为

其中f_x、f_y为相机(2)的焦距，(u₀,v₀)为相机(2)光轴与像平面的交点在像平面坐标系下的坐标，d为相机(2)的光心到运动平面的距离；

步骤三：在运动物体(4)上安装事先制作好的标志物，标志物包含两个圆形实心标志点，标志点一(4-1)和标志点二(4-2)，标志点之间的圆心距为R；

步骤四：相机(2)和运动物体(4)准备完成后，开始进行位置测量，相机采集到的图像经USB接口传输到图像采集卡(7)中，在图像采集卡(7)中完成对图像的预处理和运动物体(4)的位置解算，并通过RS232串口将物体位置信息传送到上位机(9)进行显示和进一步处理。

2.根据权利要求1所述的基于先验数据校正的高精度位置测量方法，其特征在于，所述在图像采集卡(7)中完成对图像的预处理和运动物体(4)的位置解算具体操作为：

图像采集卡(7)接收到图像数据后，首先对图像进行预处理；预处理完成后得到标志物中两个圆形标志点的边缘，再对标志点的边缘进行处理，得到两个标志点的质心在像平面坐标系下的坐标(u₁,v₁)和(u₂,v₂)；

再对运动物体进行位置解算，根据像平面坐标系下两个圆形标志点的圆心坐标，计算像平面坐标系下这两个圆形标志点的圆心距

利用三角形相似的原理，计算出相机(2)的光心到运动平面的距离

其中为相机(2)的镜头在x、y方向上的平均焦距；

用标志点一(4-1)的位置代表运动物体的位置，根据运动平面坐标系和像平面坐标系之间的坐标变换矩阵，求出运动物体(4)在运动平面坐标系下的位置

得到运动物体(4)在运动平面坐标系下的位置坐标(x_W,y_W)。