[发明专利]一种近距离三维姿态测量方法

说明书

本发明涉及一种近距离三维姿态测量方法，解决现有测量方法测量精度低、测量系统装置复杂的问题。测量装置包括合作目标、物镜前组、物镜中组、半透半反棱镜、物镜后组、成像接收单元、数据处理模块和准直发射单元；准直发射单元包括点光源、准直扩束镜组、分划板和反射镜，点光源通过准直扩束镜组发出的光束被反射至半透半反棱镜，反射后的光通过物镜中组、物镜前组射向平面反射镜，被平面反射镜反射后光束再沿着物镜前组、物镜中组、半透半反棱镜和物镜后组被成像接收单元接收；成像接收单元通过物镜后组、半透半反棱镜、物镜中组和物镜前组对合作目标上的合作标识进行成像，本发明还提供一种基于上述装置的三维姿态测量方法。

技术领域

本发明涉及通用测角应用技术领域，具体涉及一种近距离三维姿态测量方法，主要应用于大型工程如桥梁大坝等形变监测、观测雷达天线基座的三维姿态测量、立体结构件的空间姿态测量等三维姿态测量。

背景技术

在精密测量、大型工程监测、姿态角度等测量中，经常涉及到对待测物体空间姿态的测量，如建筑工程中钢梁的安装方向误差测量、精密仪器装配中结构件装配误差检测、立方体基座姿态测量等。

目前的三维姿态测量方式，有基于针孔成像和双矢量定姿原理的方法，其俯仰角、偏航角、滚动角的精度为9.9″、9.3″、80.2″(江洁等，大量程高精度三维姿态角测量系统设计[J].仪器仪表学报，2013.6:1247-1252.第34卷第6期)；有基于双目视觉测量原理进行三维姿态测量的方法，其静态测量精度为0.1°，动态测量精度为0.5°(阮利锋等，基于标志点识别的三维位姿测量方法[J]，计算机应用，2008.11：2856-2862.第28卷第11期)；有弱透视成像模型单目相机测量的方法，在离相机1～3km成像时姿态测量误差低于1.5°(赵汝进等，基于弱透视成像模型的目标三维姿态测量[J]，光子学报，2014.5：0512002(1-6).第43卷第5期)，但是以上方法具有测量精度低、测量系统装置复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有测量方法测量精度低、测量系统装置复杂的问题，提供一种近距离三维姿态测量方法。

本发明的技术方案是：

一种近距离三维姿态测量装置，包括合作目标、物镜前组、物镜中组、半透半反棱镜、物镜后组、成像接收单元、数据处理模块和准直发射单元；所述合作目标安装于待测对象上，包括用于准直测量的平面反射镜和用于成像测量的合作标识；所述合作目标、物镜前组、物镜中组、半透半反棱镜、物镜后组、成像接收单元依次设置；所述准直发射单元包括依次设置的点光源、准直扩束镜组、分划板和反射镜，点光源通过准直扩束镜组发出的准直测量光束被反射镜反射至半透半反棱镜，被半透半反棱镜反射后的光通过物镜中组、物镜前组射向平面反射镜，被平面反射镜反射后光束再沿着物镜前组、物镜中组、半透半反棱镜和物镜后组被成像接收单元接收；所述成像接收单元通过物镜后组、半透半反棱镜、物镜中组和物镜前组对合作目标上的合作标识进行成像；所述数据处理模块与成像接收单元连接，对成像接收单元控制。

进一步地，所述合作目标的一侧设置有主动照明模。

进一步地，所述合作目标为矩形平面反射镜或圆形平面镜加四点合作标识。

进一步地，所述分划板为小孔分划板。

进一步地，所述点光源为激光光源或LED光源。

进一步地，所述成像接收单元为成像传感器，成像传感器阵列的分辨率不小于400万像素。

同时，本发明还提供一种基于上述测量装置的近距离三维姿态测量方法，包括以下步骤：

1)在测量装置正前方的成像准直瞄准区域内，将合作目标固装在待测对象上；

2)求取横滚角、俯仰角；

2.1)装置上电，点光源发出的光被成像接收单元接收，对接收到的光亮点进行捕获，并提取目标像素位置；