[发明专利]一种双光谱三维姿态角测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种双光谱三维姿态角测量装置，其特征在于：包括双光谱光源(2)、二维自准直仪(1)、图像传感器电路板(3)、五棱分光棱镜(4)、折转棱镜(11)和数据处理模块(12)；

所述双光谱光源(2)发射红绿光谱光束，该红绿光谱光束经二维自准直仪(1)的同一狭缝出射后入射至五棱分光棱镜(4)，五棱分光棱镜(4)将红绿光谱光束分成两路，第一光路光束穿过五棱分光棱镜(4)直接入射至被测立方镜前表面(7)，第二光路光束通过折转棱镜(11)折转入射至被测立方镜侧表面(8)，两路光束原路反射，二维自准直仪(1)的图像传感器对返回的两路光束进行分时成像，图像传感器电路板(3)对成像的图像进行采集，并传输给数据处理模块(12)，数据处理模块(12)通过计算得到被测立方镜(9)的三维姿态；

所述数据处理模块(12)包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下计算过程；

计算被测立方镜(9)的偏航角β、俯仰角ω和滚转角α；

S_2y＝f×tan2a₂

α＝arcsin(-sina₂/cosω)

其中，S_1z为第一光路光束在图像传感器上出射时的位置与返回时的位置在Z向的差值；S_1y为第一光路光束在图像传感器上出射时的位置与返回时的位置在Y向的差值；S_2y为第二光路光束在图像传感器上出射时的位置与返回时的位置在Y向的差值；f为二维自准直仪的接收系统焦距。

2.根据权利要求1所述的双光谱三维姿态角测量装置，其特征在于：所述五棱分光棱镜(4)的左侧面设置有附加棱镜(5)，所述五棱分光棱镜(4)的右侧面、底面和附加棱镜(5)的左侧面镀有宽带增透膜，使得红光与绿光的透过率优于99％，所述五棱分光棱镜(4)的左侧面镀有半反半透膜，使红光透过率优于95％，使绿光反射率优于95％。

3.根据权利要求1或2所述的双光谱三维姿态角测量装置，其特征在于：所述双光谱光源(2)的红光波长范围为620nm～660nm，绿光波长范围为500nm～540nm。

4.根据权利要求3所述的双光谱三维姿态角测量装置，其特征在于：所述双光谱光源(2)采用双色LED灯。

5.一种基于权利要求1至4任一所述双光谱三维姿态角测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、双光谱光源发射红绿光谱光束；

步骤二、二维自准直仪的图像传感器对返回的红绿光谱光束进行分时成像；

步骤三、图像传感器电路板对成像的图像进行采集，并传输给数据处理模块，数据处理模块通过融合计算得到被测立方镜的三维姿态；

3.1)获取第一光路光束在二维自准直仪图像传感器上的像点位移量S_1z、S_1y，第二光路光束在二维自准直仪图像传感器上的像点位移量S_2y；

其中，S_1z为第一光路光束在图像传感器上出射时的位置与返回时的位置在Z向的差值；S_1y为第一光路光束在图像传感器上出射时的位置与返回时的位置在Y向的差值；S_2y为第二光路光束在图像传感器上出射时的位置与返回时的位置在Y向的差值；

3.2)计算被测立方镜的偏航角β和俯仰角ω；

3.3)计算被测立方镜的滚转角α；

S_2y＝f×tan2a₂

α＝arcsin(-sina₂/cosω)

其中，f为二维自准直仪的接收系统焦距。