CN106908078B - 一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法 - Google Patents

一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106908078B
CN106908078B CN201510966014.3A CN201510966014A CN106908078B CN 106908078 B CN106908078 B CN 106908078B CN 201510966014 A CN201510966014 A CN 201510966014A CN 106908078 B CN106908078 B CN 106908078B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmitter
matrix
calibration
translation
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510966014.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106908078A (zh
Inventor
郭立杰
方红根
杨晓慧
李亚军
李立东
栾浩
刘志刚
贾昆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd filed Critical Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Priority to CN201510966014.3A priority Critical patent/CN106908078B/zh
Publication of CN106908078A publication Critical patent/CN106908078A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106908078B publication Critical patent/CN106908078B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明是一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，具体步骤为：（1）建立发射机模型；（2）布置发射机网络，并设置转速；（3）放置光电传感器，并建立发射机坐标系；（4）划分标定单元，并采集标定点数据；（5）建立发射机透视投影模型，并进行点集坐标变换；（6）计算旋转矩阵和单位平移矢量；（7）确定比例因子，计算平移矩阵；（8）进行全局优化，得到最终旋转矩阵和平移矩阵，操作过程简单可行，提高了系统测量精度和工作效率，并降低了系统成本。

Description

一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法
技术领域
本发明涉及一种用于大尺寸测量的网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法。其原理是：首先以线性方法实现每个标定单元的精确标定，再以非线性优化的方法实现网络化全局标定。
背景技术
随着航空、航天、船舶以及汽车等大型产品部件装配及大部件对接装配对精度定位、位姿实时测控的要求日益提高，大尺寸空间数字化测量系统及其应用技术受到工业界和学术界的广泛关注。目前在国际上应用比较成熟的大尺寸测量技术主要包括激光跟踪仪测量系统、大视场视觉测量系统以及经纬仪测量系统等。
网络化大尺寸空间定位系统是近几年发展起来的新型大尺寸测量技术，其主要由多个测量基站构成，可同时监测大型被测物的各个部件，实时性高，并行性好，通过增加基站的方式协调了测量精度与大空间的矛盾，应用前景广泛。在进行测量之前，需要对该系统进行标定，而现有的标定方法通常使用其它辅助测量设备，操作过程较繁琐，而且会增加成本，不利于现场应用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，实现系统的快速、精确标定，从而实现高精度、全方位的大尺寸空间测量。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，包括以下步骤：
1）建立发射机模型；
2）布置发射机网络，并设置转速；
3）放置光电传感器，并建立发射机坐标系；
4）划分标定单元，并采集标定点数据；
5）建立发射机透视投影模型，并进行点集坐标变换；
6）计算旋转矩阵和单位平移矢量；
7）确定比例因子，计算平移矩阵；
8）进行全局优化，得到最终旋转矩阵和平移矩阵。
与现有技术相比，本发明避免了使用其它辅助测量设备，采用线性与非线性相结合的方法来实现系统的全局标定。首先用二维标定杆采集标定点数据，以线性方法对每个标定单元分别进行标定；再以线性方法求出的参数为初值，采用非线性优化的方法求解最优测量系统的参数。本发明保证了求解参数为全局最优，且求解速度快，因此保证了系统参数标定精度，此外，本发明切实可行，且操作简单，提高了工作效率。
附图说明
图1为发射机结构示意图。
图2为建立发射机坐标系示意图；
图3为发射机透视投影模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，包括以下步骤：
1)如图1所示，在旋转平台内部安装两个红色线性激光器，并在交流伺服电机的驱动下绕旋转轴逆时针匀速旋转，工作时向空间内发出两道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲信号，LED脉冲信号作为激光平面旋转的初始时刻；
2)如图2所示，以四台发射机为例，根据测量空间布置发射机网络，给各台发射机分别设置一个转速，分别是2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min，并对发射机进行编号分别是一号发射机1、二号发射机2、三号发射机3、四号发射机4；
3)如图2所示，在发射机网络前方放置一个光电传感器，建立各发射机坐标系，具体方法是以激光平面在旋转轴上的交点为坐标系原点，沿发射机旋转轴向下为Y轴正向，以激光平面1扫过光电传感器时与水平面的交线为Z轴正向，通过右手定则确定X轴方向；
4)以一号发射机坐标系作为世界坐标系，每两台发射机作为一个标定单元，分别是：一号发射机和二号发射机为标定单元i,一号发射机和三号发射机为标定单元ii，一号发射机和四号发射机为标定单元iii，用固定长度的标定杆采集标定点数据；
5)如图3所示，以标定单元i为例，建立发射机透视投影模型，计算标定点在投影平面上的投影点坐标，并通过平移变换和缩放变换进行投影点集坐标变换，以一号发射机为例，模型如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
：进行坐标变换之前发射机投影平面上的投影点坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
：进行坐标变换之后发射机投影平面上的投影点坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
：发射机的点集坐标变换矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
：发射机的坐标缩放变换矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是点集中各点到图像原点的平均距离；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
：发射机的坐标平移变换矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是
点集质心坐标；
6)计算本质矩阵，并分解本质矩阵，利用物理筛选和Sampson距离最小约束剔除伪解，得到正确的旋转矩阵和单位平移矢量，具体步骤如下：
I.根据第5步中得到的经过点集坐标变换的投影点坐标，计算系数矩阵；
II. 利用奇异值分解分解系数矩阵，得到经过点集坐标变换后的本质矩阵，并通过点集坐标逆变换之前的本质矩阵；
III.利用奇异值分解分解II中得到的坐标变换前的本质矩阵，得到旋转矩阵和单位平移矢量；
IV.通过物理筛选和Sampson距离最小约束剔除III中的伪解，得到正确的旋转矩阵和单位平移矢量，模型如下：
物理筛选：保证标定点在两台发射机的前方，即
Figure DEST_PATH_IMAGE013
且
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
Sampson距离最小约束：保证在透视投影模型中，投影点到极线
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016
的距离最小；
7)根据第6步筛选得到的正确的旋转矩阵和单位平移矢量，并以标定杆长度为约束，确定平移矢量的比例因子，得到平移矩阵；
8)以第4～7步依次计算每个标定单元的旋转矩阵和平移矩阵，并用该旋转矩阵和平移矩阵作为初值，以非线性优化的方法得到最终的旋转矩阵和平移矩阵，优化模型如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中，N：标定杆采集数据次数；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
：标定杆长度计算值；
L：标定杆长度真实值。

Claims (5)

1.一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立发射机模型；
2)布置发射机网络，并设置转速；
3)放置光电传感器，并建立发射机坐标系；
4)划分标定单元，并采集标定点数据；
5)建立发射机透视投影模型，并进行点集坐标变换；
6)计算旋转矩阵和单位平移矢量；
7)确定比例因子，计算平移矩阵；
8)进行全局优化，得到最终旋转矩阵和平移矩阵；
所述步骤1)在旋转平台内部安装两个红色线性激光器，并在交流伺服电机的驱动下绕旋转轴逆时针匀速旋转，工作时向空间内发出两道具有固定角度的扇形激光平面和LED脉冲信号，LED脉冲信号作为激光平面旋转的初始时刻；
所述步骤2)根据测量空间布置发射机网络，给各台发射机分别设置一个转速，以2000r/min为起点，每台发射机依次增加100r/min，并对发射机进行编号；
所述步骤3)在发射机网络前方放置一个光电传感器，建立各发射机坐标系，以激光平面在旋转轴上的交点为坐标系原点，沿发射机旋转轴向下为Y轴正向，以激光平面( 1) 扫过光电传感器时与水平面的交线为Z轴正向，通过右手定则确定X轴方向；
所述步骤5)建立发射机透视投影模型，计算标定点在投影平面上的投影点坐标，并通过平移变换和缩放变换进行投影点集坐标变换，以一号发射机为例，模型如下：P′1＝M1P1和M1＝S1TS1
其中，P1：进行坐标变换之前发射机投影平面上的投影点坐标；
P′1：进行坐标变换之后发射机投影平面上的投影点坐标；
M1：发射机的点集坐标变换矩阵；
S1：发射机的坐标缩放变换矩阵，
Figure FDA0003344664900000011
d0是点集中各点到图像原点的平均距离；
TS1：发射机的坐标平移变换矩阵，
Figure FDA0003344664900000021
(Tx Ty)T是点集质心坐标。
2.如权利要求1所述的一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，其特征在于，所述步骤4)每两台发射机作为一个标定单元，并以一号发射机坐标系作为世界坐标系，用固定长度的标定杆采集标定点数据。
3.如权利要求2所述的一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，其特征在于所述步骤6)计算本质矩阵，并分解本质矩阵，利用物理筛选和Sampson距离最小约束剔除伪解，得到正确的旋转矩阵和单位平移矢量，具体步骤如下：
I.根据第5) 步中得到的经过点集坐标变换的投影点坐标，计算系数矩阵；
II.利用奇异值分解系数矩阵，得到经过点集坐标变换后的本质矩阵，并通过点集坐标逆变换之前的本质矩阵；
III.利用奇异值分解II中得到的坐标变换前的本质矩阵，得到旋转矩阵和单位平移矢量；
IV.通过物理筛选和Sampson距离最小约束剔除III中的伪解，得到正确的旋转矩阵和单位平移矢量，模型如下：
物理筛选：保证标定点在两台发射机的前方，即Z1＞0且Z2＞0；
Sampson距离最小约束：保证在透视投影模型中，投影点到极线L1和L2的距离最小。
4.如权利要求3所述的一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，其特征在于，所述步骤7)根据步骤6)筛选得到的正确的旋转矩阵和单位平移矢量，并以标定杆长度为约束，确定平移矢量的比例因子，得到平移矩阵。
5.如权利要求4所述的一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法，其特征在于，所述步骤4)～7)步依次计算每个标定单元的旋转矩阵和平移矩阵，并用该旋转矩阵和平移矩阵作为初值，以非线性优化的方法得到最终的旋转矩阵和平移矩阵，优化模型如下：
Figure FDA0003344664900000031
其中，N：标定杆采集数据次数；
Li：标定杆长度计算值；
L：标定杆长度真实值。
CN201510966014.3A 2015-12-22 2015-12-22 一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法 Active CN106908078B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510966014.3A CN106908078B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510966014.3A CN106908078B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106908078A CN106908078A (zh) 2017-06-30
CN106908078B true CN106908078B (zh) 2021-12-28

Family

ID=59199402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510966014.3A Active CN106908078B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106908078B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110986899A (zh) * 2019-11-11 2020-04-10 上海航天设备制造总厂有限公司 一种封闭舱体被遮挡电子设备的精度测量设备及测量方法
CN113028987A (zh) * 2021-03-03 2021-06-25 中国科学院光电技术研究所 一种基于激光测距仪的高精度六自由度测量方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005622A (ja) * 2000-06-26 2002-01-09 Kobe Steel Ltd 複数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置における配置パラメータの検出方法
CN1566906A (zh) * 2003-06-11 2005-01-19 北京航空航天大学 一种基于平面靶标的结构光视觉传感器标定方法
CN101329165A (zh) * 2008-07-18 2008-12-24 西安交通大学 基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法
CN101729920A (zh) * 2009-11-23 2010-06-09 南京大学 一种自由视角立体视频显示方法
CN102252663A (zh) * 2011-04-27 2011-11-23 西安交通大学 一种局域空间定位系统的现场标定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005622A (ja) * 2000-06-26 2002-01-09 Kobe Steel Ltd 複数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置における配置パラメータの検出方法
CN1566906A (zh) * 2003-06-11 2005-01-19 北京航空航天大学 一种基于平面靶标的结构光视觉传感器标定方法
CN101329165A (zh) * 2008-07-18 2008-12-24 西安交通大学 基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法
CN101729920A (zh) * 2009-11-23 2010-06-09 南京大学 一种自由视角立体视频显示方法
CN102252663A (zh) * 2011-04-27 2011-11-23 西安交通大学 一种局域空间定位系统的现场标定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
本质矩阵五点算法伪解的两种剔除策略;王文斌 等;《光电工程》;20100831;第37卷(第08期);第46-52页 *
轴测投影与透视投影的通用变换式及其CAD绘图;王书文;《苏州大学学报（工科版）》;20080430;第28卷(第02期);第37-39页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106908078A (zh) 2017-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109990701B (zh) 一种大型复杂曲面三维形貌机器人移动测量系统及方法
CN112525164B (zh) 一种基于无人机倾斜摄影技术对超高层建筑变形检测的方法
CN107817003B (zh) 一种分布式大尺寸空间定位系统的外参数标定方法
CN103971353B (zh) 采用激光辅助大型锻件测量图像数据的拼接方法
CN107044852B (zh) 不平整状态下全站仪测量方法
CN112325796A (zh) 基于辅助定位多视角点云拼接的大型工件型面测量方法
CN1971206A (zh) 基于一维靶标的双目视觉传感器校准方法
CN102184563B (zh) 植物器官形态的三维扫描方法及扫描系统和装置
CN102155923A (zh) 基于立体靶标的拼接测量方法及系统
CN104729406A (zh) 一种表面贴装元件的机器视觉定位方法
CN109443321B (zh) 一种监测大型结构形变的串并联像机网络测量方法
CN109465830B (zh) 机器人单目立体视觉标定系统及方法
CN103198481B (zh) 一种摄像机标定方法
CN112762899B (zh) 一种激光点云加bim模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法
CN108180834A (zh) 一种工业机器人同三维成像仪位姿关系现场实时标定方法
CN104713491A (zh) 可获取边坡变形三维数据的边坡监测系统及其获取边坡变形三维数据的方法
CN104101296A (zh) 一种大型结构件精密装配中的数字定位检测方法及系统
CN111091076B (zh) 基于立体视觉的隧道限界数据测量方法
CN103727961A (zh) 光电经纬仪动态误差修正方法
CN102506711A (zh) 线激光视觉三维旋转扫描方法
CN106737859A (zh) 基于不变平面的传感器与机器人的外部参数标定方法
CN104422425A (zh) 一种不规则外形物体空间姿态动态测量方法
CN106908078B (zh) 一种网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法
CN105953755A (zh) 网络化大尺寸空间定位系统的现场标定方法
CN110470223B (zh) 一种基于1d位移传感器的三维空间坐标测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant