CN108955631B - 一种三分量感应线圈的姿态测量方法 - Google Patents

一种三分量感应线圈的姿态测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三分量感应线圈的姿态测量方法，通过图像采集器获取与三分量感应线圈相对位置恒定的第一、第二光源的初始图像及移动后的图像；分别根据初始图像和移动后的图像确定第一、第二光源间的第一像素值及第二像素值；将第二像素值与第一像素值的比值确定为俯仰角的余弦值。分别从初始图像和移动后的图像上提取第一、第二图案，将第一图案的第一光源点和第二图案的第一光源点拟合；将拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为横滚角。本发明采用图像采集器获取与三分量感应线圈相对位置相同的第一、第二光源图像，通过对图像的分析获取姿态测量结果，降低了测量器件对三分量感应线圈姿态的扰动，从而提高了测量结果的准确性。

Description

一种三分量感应线圈的姿态测量方法
技术领域
本发明涉及航空电磁技术领域，尤其涉及一种三分量感应线圈的姿态测量方法。
背景技术
航空电磁法通称航空电法是以飞机作为载体，电磁感应为基础的地球物理探测方法，广泛用于油气探测、矿体勘察和地下水普查等方面。与直升机时间域航空电磁系统相比，固定翼航空电磁系统在飞行探测过程中，由于受飞机姿态、速度、风速等因素的影响，会引起线圈俯仰、摇摆、偏航旋转以及吊舱摆动等现象，导致系统参数发生改变，严重影响观测数据的一致性。因此，如何测量三分量感应线圈的姿态和吊舱的姿态是一项至关重要的任务。目前有人提出在吊舱和感应线圈上分别放置姿态传感器以测量吊舱和感应线圈的姿态的方法，由于姿态传感器在随三分量感应线圈摆动时会令三分量感应线圈产生振动,这种振动将影响三分量感应线圈的姿态测量结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种三分量感应线圈的姿态测量方法，以解决现有技术中姿态测量方法准确性差的问题。
一种三分量感应线圈的姿态测量方法，包括：
以三分量感应线圈所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段，将位于所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线；在所述第一线段的中点位置安装第一光源，在所述第一线段的任意一个非中点的位置安装第二光源；所述第一光源和所述第二光源与所述三分量感应线圈的相对位置恒定；将图像采集器设置于所述第一直线上，所述图像采集器与所述第二平面的距离不小于所述图像采集器的焦距值；
获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像；
根据所述初始图像确定所述第一光源和所述第二光源间的第一像素值；第一像素值为初始图像中第一光源和第二光源间直线距离对应的像素值。
获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像；
根据所述移动后的图像确定所述第一光源和所述第二光源间的第二像素值；第二像素值为移动后的图像中第一光源和第二光源间直线距离对应的像素值。
将所述第二像素值与所述第一像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的俯仰角的余弦值。
一种三分量感应线圈的姿态测量方法，包括：
以三分量感应线圈所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段，将位于所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线；在所述第一线段的中点位置安装第一光源，在所述第一线段的任意一个非中点的位置安装第二光源；所述第一光源和所述第二光源与所述三分量感应线圈的相对位置恒定；将图像采集器设置于所述第一直线上，所述图像采集器与所述第二平面的距离不小于所述图像采集器的焦距值；
获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像；
从所述初始图像上提取第一图案，所述第一图案为初始图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像；
从所述移动后的图像上提取第二图案，所述第二图案为移动后的图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
将所述第一图案的第一光源点和所述第二图案的第一光源点重合，得到第一拟合图像；
将所述第一拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角。
可选的，所述将所述第一拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角之后，还包括：
从所述第一拟合图像中获取所述第一图案上的第一光源点到第二光源点间的第三像素值；第三像素值为第一拟合图像中第一图案对应的第一光源和第二光源间直线距离对应的像素值。
从所述第一拟合图像中获取所述第二图案上的第二光源点到所述第一图案所在直线的垂直距离对应的第四像素值；第四像素值为第一拟合图像中第二图案对应的第一光源和第二光源间直线距离对应的像素值。
将所述第四像素值与所述第三像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的横滚角的正弦值。
一种三分量感应线圈的姿态测量方法，包括：
以三分量感应线圈所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段，将所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线，将所述第二平面上的第一线段的垂直平分线确定为第二直线；在所述第一线段上任意一个非中点的位置安装第一光源，在所述第二直线上安装第二光源；将所述第一线段的中点到所述第一光源的距离值确定为第一距离值，将所述第一线段的中点到所述第二光源的距离值确定为第二距离值，所述第一距离值与所述第二距离值相等；所述第一光源和所述第二光源与所述三分量感应线圈的相对位置恒定；初始时，图像采集器固定杆平行于所述第一线段且与所述第一直线相交，将图像采集器设置于固定杆与所述第一直线的交点处，所述图像采集器与所述第二平面的距离不小于所述图像采集器的焦距值；
获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像；
从所述初始图像上提取第三图案，所述第三图案为初始图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像；
从所述移动后的图像上提取第四图案，所述第四图案为移动后的图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
将所述第三图案的第一光源点和所述第四图案的第一光源点重合，得到第二拟合图像；
将所述第二拟合图像上的第三图案和第四图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角。
可选的，将所述第二拟合图像上的第三图案和第四图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角之后，还包括：
从所述第二拟合图像中获取所述第三图案上的第一光源点到第二光源点间的第五像素值；第五像素值为第二拟合图像中第三图案对应的第一光源和第二光源间直线距离对应的像素值。
从所述第二拟合图像中获取所述第四图案上的第二光源点到所述第三图案所在直线的垂直距离对应的第六像素值；第六像素值为第二拟合图像中第四图案对应的第一光源和第二光源间直线距离对应的像素值。
将所述第六像素值与所述第五像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的横滚角的正弦值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的三分量感应线圈的姿态测量方法，设置与三分量感应线圈相对位置恒定的第一光源和第二光源，通过图像采集器获取第一光源和第二光源的初始图像及移动后的图像；分别根据初始图像和移动后的图像确定第一光源和第二光源间的第一像素值及第二像素值；将第二像素值与第一像素值的比值确定为三分量感应线圈的俯仰角的余弦值。分别从初始图像和移动后的图像上提取第一图案和第二图案，将第一图案的第一光源点和第二图案的第一光源点重合，得到拟合图像；将拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为三分量感应线圈的横滚角。本发明采用图像采集器获取与三分量感应线圈相对位置相同的光源图像，通过对初始光源图像及移动后的光源图像的分析获取三分量感应线圈的俯仰角及横滚角，降低了测量器件对三分量感应线圈姿态的扰动，从而提高了测量结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为使用本发明所提供的实施例一和实施例二中的姿态测量方法进行测量时的测量装置示意图；
图2为本发明的实施例一的三分量感应线圈的姿态测量方法的流程图；
图3为本发明的实施例二的三分量感应线圈的姿态测量方法的流程图；
图4为使用本发明所提供的实施例三中的姿态测量方法进行测量时的测量装置示意图；
图5为本发明的实施例三的分量感应线圈的姿态测量方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种三分量感应线圈的姿态测量方法，以解决现有技术中姿态测量方法准确性差的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为使用本发明所提供的实施例一和实施例二中的姿态测量方法进行测量时的测量装置示意图。如图1所示，以三分量感应线圈1所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面2；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段3，将位于所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线4；在所述第一线段的中点位置安装第一光源5，在所述第一线段的任意一个非中点的位置安装第二光源6；所述第一光源5和所述第二光源6与所述三分量感应线圈1的相对位置恒定；将图像采集器设置于所述第一直线4上，所述图像采集器7与所述第二平面2的距离不小于所述图像采集器7的焦距值，图像采集器7可在三分量感应线圈转动时持续的同时采集到第一光源和第二光源的图像。图像采集器的输出端与计算机连接，计算机可采用现有的图像分析技术对图像采集器采集的图像进行分析，以获得三分量感应线圈的俯仰角和滚转角。
实施例一
图2为本发明的实施例一的三分量感应线圈的姿态测量方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤S101：获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像。
步骤S102：根据所述初始图像确定所述第一光源和所述第二光源间的第一像素值。第一像素值表示初始图像中第一光源到第二光间的直线距离值。
步骤S103：获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像。
步骤S104：根据所述移动后的图像确定所述第一光源和所述第二光源间的第二像素值。
步骤S105：将所述第二像素值与所述第一像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的俯仰角的余弦值。
实施例二
图3为本发明的实施例二的三分量感应线圈的姿态测量方法的流程图，如图3所示，该方法包括：
步骤S201：获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像。
步骤S202：从所述初始图像上提取第一图案，所述第一图案为初始图像上的第一光源点与第二光源点间的连线。
步骤S203：获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像。
步骤S204：从所述移动后的图像上提取第二图案，所述第二图案为移动后的图像上的第一光源点与第二光源点间的连线。
步骤S205：将所述第一图案的第一光源点和所述第二图案的第一光源点重合，得到第一拟合图像。
步骤S206：将所述第一拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角。
在实际应用中，所述将所述第一拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角之后，还包括：
从所述第一拟合图像中获取所述第一图案上的第一光源点到第二光源点间的第三像素值；
从所述第一拟合图像中获取所述第二图案上的第二光源点到所述第一图案所在直线的垂直距离对应的第四像素值；
将所述第四像素值与所述第三像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的横滚角的正弦值。
本发明实施例一和实施例二的三分量感应线圈的姿态测量方法，采用图像采集器获取与三分量感应线圈相对位置相同的光源图像，通过对初始光源图像及移动后的光源图像的分析获取三分量感应线圈的俯仰角及横滚角，降低了测量器件对三分量感应线圈姿态的扰动，从而提高了测量结果的准确性。本发明通过计算机视觉分析技术对图像采集器采集的图像进行分析，计算获得三分量感应线圈的俯仰角和滚转角，计算过程使用的算法公式简单，提高了运算效率。
图4为使用本发明所提供的实施例三中的姿态测量方法进行测量时的测量装置示意图。如图4所示，以三分量感应线圈1所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面2；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段3，将位于所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线4；将所述第二平面上的第一线段的垂直平分线确定为第二直线8；在所述第一线段上任意一个非中点的位置安装第一光源5，在所述第二直线上安装第二光源6；将所述第一线段的中点到所述第一光源的距离值确定为第一距离值，将所述第一线段的中点到所述第二光源的距离值确定为第二距离值，所述第一距离值与所述第二距离值相等；所述第一光源和所述第二光源与所述三分量感应线圈的相对位置恒定；初始时，图像采集器固定杆9平行于所述第一线段且与所述第一直线相交，将图像采集器7设置于固定杆9与所述第一直线的交点处，所述图像采集器7与所述第二平面的距离不小于所述图像采集器的焦距值。
实施例三
图5为本发明的实施例三的分量感应线圈的姿态测量方法的流程图，如图5所示，该方法包括：
步骤S301：获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像；
步骤S302：从所述初始图像上提取第三图案，所述第三图案为初始图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
步骤S303：获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像；
步骤S304：从所述移动后的图像上提取第四图案，所述第四图案为移动后的图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
步骤S305：将所述第三图案的第一光源点和所述第四图案的第一光源点重合，得到第二拟合图像；
步骤S306：将所述第二拟合图像上的第三图案和第四图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角。
在实际应用中，将所述第二拟合图像上的第三图案和第四图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角之后，还包括：
从所述第二拟合图像中获取所述第三图案上的第一光源点到第二光源点间的第五像素值；
从所述第二拟合图像中获取所述第四图案上的第二光源点到所述第三图案所在直线的垂直距离对应的第六像素值；
将所述第六像素值与所述第五像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的横滚角的正弦值。
本发明实施例三的三分量感应线圈的姿态测量方法，采用图像采集器获取与三分量感应线圈相对位置相同的光源图像，通过对初始光源图像及移动后的光源图像的分析获取三分量感应线圈的俯仰角及横滚角，降低了测量器件对三分量感应线圈姿态的扰动，从而提高了测量结果的准确性。本发明通过计算机视觉分析技术对图像采集器采集的图像进行分析，计算获得三分量感应线圈的俯仰角和滚转角，计算过程使用的算法公式简单，提高了运算效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种三分量感应线圈的姿态测量方法，其特征在于，包括：
以三分量感应线圈所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段，将位于所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线；在所述第一线段的中点位置安装第一光源，在所述第一线段的任意一个非中点的位置安装第二光源；所述第一光源和所述第二光源与所述三分量感应线圈的相对位置恒定；将图像采集器设置于所述第一直线上，所述图像采集器与所述第二平面的距离不小于所述图像采集器的焦距值；
获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像；
根据所述初始图像确定所述第一光源和所述第二光源间的第一像素值；
获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像；
根据所述移动后的图像确定所述第一光源和所述第二光源间的第二像素值；
将所述第二像素值与所述第一像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的俯仰角的余弦值。
2.一种三分量感应线圈的姿态测量方法，其特征在于，包括：
以三分量感应线圈所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段，将位于所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线；在所述第一线段的中点位置安装第一光源，在所述第一线段的任意一个非中点的位置安装第二光源；所述第一光源和所述第二光源与所述三分量感应线圈的相对位置恒定；将图像采集器设置于所述第一直线上，所述图像采集器与所述第二平面的距离不小于所述图像采集器的焦距值；
获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像；
从所述初始图像上提取第一图案，所述第一图案为初始图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像；
从所述移动后的图像上提取第二图案，所述第二图案为移动后的图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
将所述第一图案的第一光源点和所述第二图案的第一光源点重合，得到第一拟合图像；
将所述第一拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述第一拟合图像上的第一图案和第二图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角之后，还包括：
从所述第一拟合图像中获取所述第一图案上的第一光源点到第二光源点间的第三像素值；
从所述第一拟合图像中获取所述第二图案上的第二光源点到所述第一图案所在直线的垂直距离对应的第四像素值；
将所述第四像素值与所述第三像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的横滚角的正弦值。
4.一种三分量感应线圈的姿态测量方法，其特征在于，包括：
以三分量感应线圈所在水平面为第一平面，将任意一个与所述三分量感应线圈有两个交点且垂直于所述第一平面的平面确定为第二平面；将所述第二平面与所述三分量感应线圈的两个交点间的线段确定为第一线段，将所述第一平面上的第一线段的垂直平分线确定为第一直线，将所述第二平面上的第一线段的垂直平分线确定为第二直线；在所述第一线段上任意一个非中点的位置安装第一光源，在所述第二直线上安装第二光源；将所述第一线段的中点到所述第一光源的距离值确定为第一距离值，将所述第一线段的中点到所述第二光源的距离值确定为第二距离值，所述第一距离值与所述第二距离值相等；所述第一光源和所述第二光源与所述三分量感应线圈的相对位置恒定；初始时，图像采集器固定杆平行于所述第一线段且与所述第一直线相交，将图像采集器设置于固定杆与所述第一直线的交点处，所述图像采集器与所述第二平面的距离不小于所述图像采集器的焦距值；
获取所述第一光源和所述第二光源的初始图像；
从所述初始图像上提取第三图案，所述第三图案为初始图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
获取所述第一光源和所述第二光源的移动后的图像；
从所述移动后的图像上提取第四图案，所述第四图案为移动后的图像上的第一光源点与第二光源点间的连线；
将所述第三图案的第一光源点和所述第四图案的第一光源点重合，得到第二拟合图像；
将所述第二拟合图像上的第三图案和第四图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述第二拟合图像上的第三图案和第四图案之间的夹角确定为所述三分量感应线圈的横滚角之后，还包括：
从所述第二拟合图像中获取所述第三图案上的第一光源点到第二光源点间的第五像素值；
从所述第二拟合图像中获取所述第四图案上的第二光源点到所述第三图案所在直线的垂直距离对应的第六像素值；
将所述第六像素值与所述第五像素值的比值确定为所述三分量感应线圈的横滚角的正弦值。
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