[发明专利]用于基于照相机的位置和取向测量的系统和方法

说明书

本发明涉及用于基于照相机的位置和取向测量的系统和方法。公开了确定物体相对于定义的参考坐标系的位置和取向的系统和方法。多个目标被设置在相对于定义的参考坐标系的已知定位处。头组件被设置在物体上，其中所述头组件包括多个照相机。所述头组件从与所述多个目标相关联的定位数据和来自所述多个照相机的图像数据确定所述物体的位置和取向。

本申请是申请号为201480055730.X、申请日为2014年10月7日、发明名称为“用于基于照相机的位置和取向测量的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

在许多实际应用中，期望知道物体的位置和取向(orientation)(姿势)。在许多室外应用中，使用全球导航卫星系统(GNSS)以位置上大约一厘米且取向上一度以下(subdegree)的精度以及以高达20Hz的独立的更新速率来获得这些测量。存在该技术在耕作、采矿和勘测(survey)应用中使用的许多示例。不幸地，当应用必须在室内或者在卫星信号在许多方向上被阻挡的区域中发生时，基于GNSS的测量技术失败。

已知进一步的系统，其中使用激光测距仪、方位角编码器和俯仰(elevation)角编码器确定物体的位置和取向。激光测距仪的激光束，或者可选地指针束(pointer beam)，指向物体的中心并且对距离测量进行采样。光束的对齐由具有与激光束对齐并且对激光波长灵敏(sensitive)的视场的望远镜或照相机来提供便利。另外，对方位角和俯仰角进行采样。物体的位置和取向从距离以及方位角和俯仰角计算。然而，该系统是低效率的。

因此，存在对于用于确定物体的姿势的改进的系统和方法的需要。

发明内容

公开确定物体相对于定义的参考坐标系(reference frame)的位置和取向的系统和方法。多个目标被设置在相对于定义的参考坐标系的已知定位(location)处。头组件(head assembly)被设置在物体上，其中所述头组件包括多个照相机。所述头组件从与所述多个目标相关联的定位数据和来自所述多个照相机的图像数据确定所述物体的位置和取向。

附图说明

图1例示根据本发明的原理的位置和取向测量器械(POME)系统的三个实施例；

图2例示本发明的POME头组件的实施例；

图3示出POME头组件中的数据流；

图4例示本发明的旋转附件(accessory)的实施例；

图5例示本发明的勘测附件的实施例；

图6例示本发明的主动(active)目标的实施例；

图7例示POME系统的操作模式的方法的实施例；

图8例示POME系统的勘测模式的方法的实施例；

图9进一步例示包括勘测模式数据收集和自动化的勘测模式的方法；

图10例示本发明的POME校准固定装置(fixture)的实施例；以及

图11例示POME头组件校准的方法的实施例。

具体实施方式

本发明包括用于使用一组移动照相机以及一组安装的或者投影(project)的目标以使得能够以高精度和高更新速率进行物体的位置和取向测量的系统和方法。这些测量均能够在室内和室外进行并且可以在大量的应用中使用。可以在操作模式上通过应用的动力学，例如静态、准静态和动态对应用进行分类。另外，本发明包括新颖的技术，用于一组安装目标的快速和准确的勘测(勘测模式)以及用于POME头组件的内部和外部校准(校准模式)。