CN109612430A - 一种基于视觉引导的经纬仪测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，步骤1：将经纬仪上加装摄像头，摄像头前端设置有目镜；步骤2：摄像头与经纬仪组合标定，通过对图像处理获取图片标志中心或准直立方镜十字光标中心在像平面坐标系下的坐标，根据标定过的系统模型计算经纬仪旋转到该标志点中心或十字光标中心位置所需要旋转的水平角和垂直角，从而驱动经纬仪马达伺服系统，实现视觉引导经纬仪自动测量的目的。本发明提高测量速度，同时减少了因人为引起的误差，大大提高工作效率，其测量精度可以满足航天器精度测量的要求。

Description

一种基于视觉引导的经纬仪测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，属于自动化测量技术领域。

背景技术

目前，光学经纬仪是水平度盘和竖直度盘均用光学玻璃制成的经纬仪。是用于测量学(surveying)中测量地平和垂直角度的一种仪器。它包括一架望远镜，目镜上的十字线用于对准目标。望远镜可沿水平轴和垂直轴转动。这些轴穿过两个圆形标尺。它有一个水平尺，当支在可调整的三角架上时，处于水平状态，能指示显示结果。

在大尺寸空间坐标测量中，为适应工业现场测量环境的复杂性和测量需求的多样性，将不同测量系统进行组合。经纬仪测量系统因其测量精度高、易搬站和非接触等优点受到人们的青睐。但其自动化程度不高，尤其在进行航天器立方镜准直测量时是通过人工准直测量的，测量效率低，人为误差较大。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于视觉引导的经纬仪测量方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将经纬仪上加装摄像头，摄像头前端设置有目镜；

步骤2：摄像头与经纬仪组合标定，通过对图像处理获取图片标志中心或准直立方镜十字光标中心在像平面坐标系下的坐标，根据标定过的系统模型计算经纬仪旋转到该标志点中心或十字光标中心位置所需要旋转的水平角和垂直角，从而驱动经纬仪马达伺服系统，实现视觉引导经纬仪自动测量的目的。

作为优选方案，所述摄像头采用800万像素以上的高精度摄像头。

作为优选方案，所述经纬仪采用TM5100Ａ。

作为优选方案，所述步骤2具体包括如下步骤：

2.1圆形标志点中心提取；

2.2准直十字光中心提取；

2.3图像平面与十字丝关系标定；

2.4相机与经纬仪组合标定。

作为优选方案，所述步骤2.1包括：首先通过Canny边缘提取确定标志图像的边缘像素，再根据边缘跟踪确定整个标志图像的位置，最后通过椭圆中心拟合确定标志点中心位置。

作为优选方案，所述步骤2.2包括：首先通过Hessian矩阵法对准直十字光线条中心进行定位，根据光条截面的中心点为截面灰度分布曲线一阶导数为零二阶导数绝对值极大的点，确定光条中心点；再取得光条中心点后可通过Hough变换的直线提取的方法确定光条直线；最后检测出的两条垂直光条中心线进行交会便可得到准直十字光中心坐标。

作为优选方案，所述步骤2.3包括：首先标定十字丝与相机图像坐标系之间的关系，标定十字丝需要一个偏移量两个旋转量，十字丝中心点相对于相机图像中心点的偏移量，以及十字丝双丝相对于图像坐标系的（x,y）轴的旋转角θ；其次通过搜索图像中十字丝附近范围像素点灰度值最小的点来获取十字丝上的横丝点像素和竖丝点像素的先验信息，然后以此为基准进行横向和纵向搜索，分别获取十字丝横丝和竖丝上的若干个像素点坐标，通过最小二乘拟合的方法，获取横丝和竖丝的最佳拟合直线，两条直线的交点，即为十字丝中心点的像素坐标。

作为优选方案，所述步骤2.4包括：2.4.1照准某个目标区域，通过获取经纬仪当前的水平和垂直角度值 （Hz1,V1）；用鼠标获取视场内某个标志点的先验像素信息，并以此为基础，自动搜索并提取得到该标志点中心的像素坐标值（X1,Y1）；

2.4.2驱动经纬仪旋转一个角度 （ΔHz, ΔV）, 角度要小于３０′,确保旋转后测量标志仍在视场范围内；测量标志点中心像素坐标相应变化（ΔX, ΔY）；

2.4.3通过获取旋转后的水平和垂直角度值（Hz2,V2），用鼠标获取旋转后视场内标志点的先验像素信息，并以此为基础，自动搜索并提取得到该标志点中心的像素坐标值（X2,Y2）。

有益效果：本发明提供的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，提高测量速度，同时减少了因人为引起的误差，大大提高工作效率，其测量精度可以满足航天器精度测量的要求。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将经纬仪上加装摄像头，摄像头前端设置有目镜；所述摄像头采用800万像素以上的高精度摄像头；所述经纬仪采用TM5100Ａ。

步骤2：摄像头与经纬仪组合标定，通过对图像处理获取图片标志中心或准直立方镜十字光标中心在像平面坐标系下的坐标，根据标定过的系统模型计算经纬仪旋转到该标志点中心或十字光标中心位置所需要旋转的水平角和垂直角，从而驱动经纬仪马达伺服系统，实现视觉引导经纬仪自动测量的目的。具体包括如下步骤：

2.1圆形标志点中心提取：首先通过Canny边缘提取确定标志图像的边缘像素，再根据边缘跟踪确定整个标志图像的位置，最后通过椭圆中心拟合确定标志点中心位置。

2.2准直十字光中心提取：首先通过Hessian矩阵法对准直十字光线条中心进行定位，根据光条截面的中心点为截面灰度分布曲线一阶导数为零二阶导数绝对值极大的点，确定光条中心点；再取得光条中心点后可通过Hough变换的直线提取的方法确定光条直线；最后检测出的两条垂直光条中心线进行交会便可得到准直十字光中心坐标。

2.3图像平面与十字丝关系标定：首先标定十字丝与相机图像坐标系之间的关系，标定十字丝需要一个偏移量两个旋转量，十字丝中心点相对于相机图像中心点的偏移量，以及十字丝双丝相对于图像坐标系的（x,y）轴的旋转角θ；其次通过搜索图像中十字丝附近范围像素点灰度值最小的点来获取十字丝上的横丝点像素和竖丝点像素的先验信息，然后以此为基准进行横向和纵向搜索，分别获取十字丝横丝和竖丝上的若干个像素点坐标，通过最小二乘拟合的方法，获取横丝和竖丝的最佳拟合直线，两条直线的交点，即为十字丝中心点的像素坐标。

2.4相机与经纬仪组合标定：

2.4.1照准某个目标区域，通过获取经纬仪当前的水平和垂直角度值 （Hz1,V1）；用鼠标获取视场内某个标志点的先验像素信息，并以此为基础，自动搜索并提取得到该标志点中心的像素坐标值（X1,Y1）。

2.4.2驱动经纬仪旋转一个角度 （ΔHz, ΔV）, 角度要小于３０′,确保旋转后测量标志仍在视场范围内；测量标志点中心像素坐标相应变化（ΔX, ΔY）。

2.4.3通过获取旋转后的水平和垂直角度值（Hz2,V2），用鼠标获取旋转后视场内标志点的先验像素信息，并以此为基础，自动搜索并提取得到该标志点中心的像素坐标值（X2,Y2）。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将经纬仪上加装摄像头，摄像头前端设置有目镜；

步骤2：摄像头与经纬仪组合标定，通过对图像处理获取图片标志中心或准直立方镜十字光标中心在像平面坐标系下的坐标，根据标定过的系统模型计算经纬仪旋转到该标志点中心或十字光标中心位置所需要旋转的水平角和垂直角，从而驱动经纬仪马达伺服系统，实现视觉引导经纬仪自动测量的目的。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：所述摄像头采用800万像素以上的高精度摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：所述经纬仪采用TM5100Ａ。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：所述步骤2具体包括如下步骤：

2.1圆形标志点中心提取；

2.2准直十字光中心提取；

2.3图像平面与十字丝关系标定；

2.4相机与经纬仪组合标定。

5.根据权利要求4所述的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：所述步骤2.1包括：首先通过Canny边缘提取确定标志图像的边缘像素，再根据边缘跟踪确定整个标志图像的位置，最后通过椭圆中心拟合确定标志点中心位置。

6.根据权利要求4所述的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：所述步骤2.2包括：首先通过Hessian矩阵法对准直十字光线条中心进行定位，根据光条截面的中心点为截面灰度分布曲线一阶导数为零二阶导数绝对值极大的点，确定光条中心点；再取得光条中心点后可通过Hough变换的直线提取的方法确定光条直线；最后检测出的两条垂直光条中心线进行交会便可得到准直十字光中心坐标。

7.根据权利要求4所述的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：所述步骤2.3包括：首先标定十字丝与相机图像坐标系之间的关系，标定十字丝需要一个偏移量两个旋转量，十字丝中心点相对于相机图像中心点的偏移量，以及十字丝双丝相对于图像坐标系的（x,y）轴的旋转角θ；其次通过搜索图像中十字丝附近范围像素点灰度值最小的点来获取十字丝上的横丝点像素和竖丝点像素的先验信息，然后以此为基准进行横向和纵向搜索，分别获取十字丝横丝和竖丝上的若干个像素点坐标，通过最小二乘拟合的方法，获取横丝和竖丝的最佳拟合直线，两条直线的交点，即为十字丝中心点的像素坐标。

8.根据权利要求4一项所述的一种基于视觉引导的经纬仪测量方法，其特征在于：所述步骤2.4包括：2.4.1照准某个目标区域，通过获取经纬仪当前的水平和垂直角度值 （Hz1,V1）；用鼠标获取视场内某个标志点的先验像素信息，并以此为基础，自动搜索并提取得到该标志点中心的像素坐标值（X1,Y1）；

2.4.2驱动经纬仪旋转一个角度 （ΔHz, ΔV）, 角度要小于３０′,确保旋转后测量标志仍在视场范围内；测量标志点中心像素坐标相应变化（ΔX, ΔY）；

2.4.3通过获取旋转后的水平和垂直角度值（Hz2,V2），用鼠标获取旋转后视场内标志点的先验像素信息，并以此为基础，自动搜索并提取得到该标志点中心的像素坐标值（X2,Y2）。