[发明专利]目标平面法向量检测装置及检测方法

权利要求书

1.目标平面法向量检测装置，其特征在于，包括直角三角架、控制单元、相机、三个激光测距仪、三个偏转角度调节机构和三个直线移动机构，所述相机设置在直角三角架的中心位置，所述三个激光测距仪、三个偏转角度调节机构、三个直线移动机构和直角三角架的三条梁均为一一对应；

每个偏转角度调节机构用于调节对应激光测距仪的偏转角度；

每个直线移动机构设置在直角三角架对应的梁上，用于带动对应的偏转角度调节机构和激光测距仪沿直角三角架对应的梁直线移动；

所述控制单元分别与相机、激光测距仪、偏转角度调节机构和直线移动机构连接；

调整相机位置使相机视野覆盖工作区域，对相机进行标定，获取相机的内外参数和畸变参数；建立世界坐标系，构建物理点与图像像素点的映射关系，所述世界坐标系的X、Y轴需与直角三角架的两条直角梁平行，并且XOY平面与待测目标平面重合，z轴竖直向上；控制相机对待测目标进行拍摄，利用机器学习中的目标检测算法识别待测目标及其图像坐标；控制每个直线移动机构，驱动对应的激光测距仪沿直角三角架对应的梁移动，以及控制偏转角度调节机构，驱动对应的激光测距仪发生偏转，使三个激光测距仪分别调整到能够照到对待测目标平面中心的垂直对应点处；若待测目标处于平放状态，则待测目标平面的法向量垂直于XOY平面；若待测目标处于非平放状态，则根据三个激光点对应激光测距仪的距离信息和偏转角度，求出三个激光点在世界坐标系下的三维坐标，从而求出待测目标平面的法向量，具体为：若三个激光点打在偏离待测目标平面中心的垂直对应点b₁的三个不同位置J、K、L，则说明目标是非平放状态，即此时识别到的实际是b₂点，那么就要求解J、K、L三点在世界坐标系下的三维坐标，对于J点，其x坐标不变，需计算y_J坐标和z_J坐标，首先计算z_J值，z_J＝h-Lcosa，L是激光测距仪所测得的距离信息；再计算y_J值，y_J＝y1-Δy，其中Δy＝(z2-z1)tan a＝(z_J-z)tan a，至此J点的三个坐标全部求出，同理求出K点和L点的三个坐标；在已求解出待测目标平面上三个激光点的坐标后，J、K、L三个激光点组成三角形平面，其中任意两条相互不平行的边的叉积就是多边形的法向量；

所述目标检测算法为adaboost算法，该adaboost算法针对同一个训练集训练不同的分类器，即弱分类器，然后把这些弱分类器集合起来，构成一个更强的最终分类器，即强分类器，再由物理点与图像像素点的映射关系计算出目标实际的x和y坐标；偏转角度信息根据x、y坐标和激光距离b₁的垂直高度计算得出，计算公式为其中z是待测目标的高度。

2.根据权利要求1所述的目标平面法向量检测装置，其特征在于，每个偏转角度调节机构包括调节电机、第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和第二连接件通过调节电机的输出轴铰接在一起，第一连接件与调节电机的输出轴固定连接，并与对应的激光测距仪固定连接，第二连接件与调节电机的输出轴活动连接，并设置在对应的直线移动机构上，所述调节电机与控制单元相连。

3.根据权利要求2所述的目标平面法向量检测装置，其特征在于，每个激光测距仪固定设置在固定座上，所述固定座与对应的偏转角度调节机构中的第一连接件固定连接。

4.根据权利要求1所述的目标平面法向量检测装置，其特征在于，每个直线移动机构包括移动电机、联轴器、丝杆和滑块，所述移动电机的输出轴通过联轴器与丝杆连接，所述滑块与丝杆螺纹连接，并与对应的偏转角度调节机构固定连接，所述移动电机与控制单元相连。

5.根据权利要求1-4任一项所述的目标平面法向量检测装置，其特征在于，所述相机设置在直角三角架的斜梁上。

6.根据权利要求5所述的目标平面法向量检测装置，其特征在于，所述相机滑动设置在一支撑杆上，所述支撑杆固定在直角三角架的斜梁上。