[发明专利]非接触精密测转角的单目视觉测量方法

摘要

非接触精密测转角的单目视觉测量方法，属于光电检测技术领域，目的是使其测量范围大、测量精度高、操作更方便。本发明基于单目视觉原理，将有双圆标志的测试靶平行于转轴固定在待测物体上；用一台位置固定的数码相机对靶面拍照；针对双圆标志的像为椭圆，选择像面一组特征点和特征参数建立一套求转角的计算方法和公式；采用亚像素处理方法处理照片，求出像面椭圆的方程和特征点的像面坐标，求出靶面的平面方程和被测物体的转角；无须标明靶面圆心位置能精确求出圆心像点位置，能用测量过程所得数据修正靶面与转轴不平行导致的测量误差，设备安装调节简单，测量精度高，实用性强，能用来在机场现场标定飞机上的方向舵、水平舵等的角位移传感器。

主权项

非接触精密测转角的单目视觉测量方法，其特征是该方法主要由以下几个步骤组成：(1)用共面同心双圆的圆周做靶面的标志做成测试靶，平行于待测物体的转轴固定在该物体上；(2)用一台位置固定的数码相机对测试靶拍照，拍照时，只要求靶面在相机的有效视场内，对相机与靶面的相对位置姿态无严格的要求；该数码相机的图像数据通过USB接口传送给计算机处理；(3)根据双圆标志的像为椭圆的特点，选择像面椭圆短轴的端点、特征直径像的端点和双圆标志圆心的像点作为像面的一组特征点，它们的像面坐标和特征直径的像长作为像面的一组特征参数；特征直径指的是：通过该圆的圆心作一个与像面平行的平面，将该平面与圆的交线称为该圆的特征直径；根据针孔成像原理，利用特征直径与像面平行的特点，基于点对应和直线对应，建立了求像面特征点在靶面的原像点的世界坐标的公式，求出对应的原像点的世界坐标，用来求出靶面的平面方程；(4)根据像面椭圆图像的特点，采用数字图像亚像素处理方法实时处理数字照片，求出像面两个椭圆的方程，求出椭圆短轴端点的像面坐标；根据平面间的中心投影保持共线点仍为共线点和共线4点的交比保持不变的特性，建立了求圆心像点位置的公式，求出圆心像点的像面坐标，进一步求出特征直径像的端点的像面坐标和特征直径像的长度；(5)若待测物体从位置I转过一个小于180°的角度到达位置II，用一台位置固定的数码相机分别对在位置I和位置II时的测试靶的靶面拍照，求出对应位置时靶面的平面方程；这两个平面的夹角φ就是待测物体从上述位置I转到位置II时的转角；(6)如果靶面与被测物体的转轴不平行，则用上述方法求出的φ值小于被测物体转角的实际值，即存在系统误差，需要修正；测量时，靶面圆心的运动轨迹是一个以转轴为中心轴的圆周；利用测量过程中已求出的靶面在多个不同位置时圆心的世界坐标，应用最小二乘法拟合，求出该轨迹圆所在平面的平面方程，求出转轴的方向余弦，求出靶面法线与被测物体的转轴之间的夹角ψ；利用ψ角来修正测转角的系统误差，求出转角的实际值φa，其计算公式如下：φa＝2arcsin(sin(φ/2)/sinψ)。