[发明专利]一种异面点合作标志器及测量方法

权利要求书

1.一种异面点合作标志器，其特征在于，包括：基面、立柱以及多个标志点；

所述立柱有多个，均设于基面上；所述标志点分别设于基面和立柱上，标志点包括：圆环标志点和圆点标志点；

其中，设于基面的标志点为基面标志点，设于柱体顶面上的标志点为柱面标志点；

所述基面标志点为圆环标志点，沿基面中心点均匀分布在基面的四个角上；所述柱面标志点为圆环标志点或圆点标志点。

2.根据权利要求1所述的一种异面点合作标志器，其特征在于，所述立柱，包括：第一立柱、第二立柱以及第三立柱，基面的中心点处设有第一立柱，沿基面的中心点的立柱上下两侧对称设有第二立柱和第三立柱；

所述第一立柱、第二立柱上分别设有圆点标志点，第三立柱上设有圆环标志点；

所述第二立柱上的圆点标志点的中心点与基面顶部两角的圆环标志点的中心点处于同一水平线上；所述第三立柱上的圆环标志点的中心点与基面底部两角的圆环标志点的中心点处于同一水平线上。

3.根据权利要求2所述的一种异面点合作标志器，其特征在于，所述基面上的圆环标志点的中心点顺次连线构成正方形；

所述第一立柱在基面上的垂直投影位于正方形的中心点处，第二立柱和第三立柱在基面上的垂直投影分别位于正方形的上、下两边的中点位置处。

4.根据权利要求1所述的一种异面点合作标志器，其特征在于，所述圆点标志点的直径尺寸为圆环标志点的直径尺寸的三分之二，圆环标志点的内径尺寸等于圆环标志点的外径尺寸的二分之一；所述圆环标志点的内圆和外圆为同心圆。

5.根据权利要求1所述的一种异面点合作标志器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对标志器上的标志点进行标记，并根据标志点建立标志器坐标系；

2)根据标志点在标志器上的分布情况，设置多组最小识别单元；其中，每一组最小识别单元均由一个柱面标志点和两个基面标志点组成；

3)将标志器置于相机镜头前方，标志器的倾角在设定角度范围内，标志器在相机镜头成像后，识别图像中的圆环标志点和圆点标志点，并对标志点的图像坐标进行畸变校正；

4)以圆环标志点开始搜索最小识别单元，即遍历图像处理过程中查找到的所有圆环标志点，从中选取两个满足设定距离约束的圆环标志点，再从所有圆点标志点中选取一个圆点标志点，与两个圆环标志点共同组成一个候选最小识别单元；

5)假设候选最小识别单元是步骤2)中设置的多组最小识别单元之一，设置标志点的模型坐标，结合最小识别单元中标志点的成像坐标，进行标志器相对位姿初值求解，得到标志器坐标系相对相机坐标系的位姿初值；

6)通过获取标志器坐标系相对相机坐标系的位姿初值、标志器上标志点在标志器三维模型中的空间坐标，以及标定的相机模型参数，获取标志器上其它标志点在图像上的成像坐标，利用标志点的成像坐标，从图像中已查找的标志点中进行匹配，获取匹配成功的标志点；

7)根据匹配成功的标志点，以重投影误差作为目标函数，以标志器坐标系与相机坐标系之间的相对位姿作为优化变量，以P3P算法求解的相对位姿作为优化变量的初值进行非线性优化相对位姿求解，得到标志器坐标系与相机坐标系之间的相对位姿；

8)对得到的标志器坐标系与相机坐标系之间的相对位姿进行坐标系转换：与标志器固连的被动端坐标系和与相机固连的主动端坐标系之间的相对位姿。

6.根据权利要求5所述的一种异面点合作标志器的测量方法，其特征在于，所述步骤1)，具体为：

第一立柱上的标志点标记为0号标志点，第二立柱上的标志点标记为1号标志点，基面右上角标志点标记为2号标志点，基面右下角标志点标记为3号标志点，第三立柱上的志点标记为4号标志点，基面左下角标志点标记为5号标志点，基面左上角标志点标记为6号标志点；

以0号标志点在基面的投影点定义为标志器坐标系原点，由6号标志点指向2号标志点的方向定义为标志器坐标系X轴的正方向，由6号标志点指向5标志点的方向定义为标志器坐标系Y轴的正方向。