CN111220129B - 一种带旋转云台的聚焦测量方法及终端 - Google Patents

一种带旋转云台的聚焦测量方法及终端 Download PDF

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CN111220129B CN202010064114.8A CN202010064114A CN111220129B CN 111220129 B CN111220129 B CN 111220129B CN 202010064114 A CN202010064114 A CN 202010064114A CN 111220129 B CN111220129 B CN 111220129B
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Abstract

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种带旋转云台的聚焦测量方法及终端。其包括：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。本发明提供的一种一种带旋转云台的聚焦测量方法及终端，能够实现待测目标物体在空间任意位置的测量。

Description

一种带旋转云台的聚焦测量方法及终端
本案是以申请号为201910109939.4，申请日为2019年1月31日，名称为《一种聚焦测量方法及终端》的专利申请为母案的分案申请。
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种带旋转云台的聚焦测量方法及终端。
背景技术
图像测量应用于各个领域。单目视觉系统结构简单，应用方便，在不借助已知标准物的前提下，只能对图像中已标定的单个物理平面上的目标进行测量。但实际应用场景中，由于待测目标物体处于空间任意位置，甚至不处于任何物理平面上，上述的单目视觉系统无法实现对待测目标物体的测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明提供了一种带旋转云台的聚焦测量方法及终端，能够实现待测目标物体在空间任意位置的测量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带旋转云台的聚焦测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
本发明还提供了一种带旋转云台的聚焦测量终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种带旋转云台的聚焦测量方法和终端，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种带旋转云台的聚焦测量方法的主要步骤示意图；
图2为根据本发明实施例的一种带旋转云台的聚焦测量终端的结构示意图；
图3为根据本发明实施例一中的坐标系示意图；
图4为根据本发明实施例二中的坐标系示意图；
图5为根据本发明实施例三中的坐标系示意图；
标号说明：
1、存储器；2、处理器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明最关键的构思为：获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。
请参照图1，本发明提供了一种带旋转云台的聚焦测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
从上述描述可知，本发明提供的一种带旋转云台的聚焦测量方法，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离；
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点的空间坐标。
从上述描述可知，通过上述方法，能够快速准确地计算得到目标点的空间坐标，提高了聚焦测量的效率。
进一步的，所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度；
根据所述目标点的空间坐标及第二云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面。
从上述描述可知，通过上述方法，能够确定处于任何空间位置下的待测目标物体的聚焦平面，从而确定拍摄的图像与聚焦平面之间的映射关系，从而实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、目标点的空间坐标、第一云台旋转角度及第二云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述方法，能够快速精确地确定计算得到图像与所述聚焦平面的映射关系，从而确保处于空间任意某个位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第一目标点，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度；通过所述激光器对所述第一目标点进行测距，得到第一激光距离；根据所述第一激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述目标点的第一空间坐标；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第二目标点，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度；通过所述激光器对所述第二目标点进行测距，得到第二激光距离；根据所述第二激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述目标点的第二空间坐标；
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度；根据所述第一空间坐标、所述第二空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、第一空间坐标、第二空间坐标、第三云台旋转角度、第四云台旋转角度和第五云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述方法，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量，且能够保证测量的精度。
请参照图2，本发明还提供了一种带旋转云台的聚焦测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值。
从上述描述可知，本发明提供的一种带旋转云台的聚焦测量终端，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述的一种带旋转云台的聚焦测量终端，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离；
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点的空间坐标。
从上述描述可知，通过上述终端，能够快速准确地计算得到目标点的空间坐标，提高了聚焦测量的效率。
进一步的，所述的一种带旋转云台的聚焦测量终端，所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度；
根据所述目标点的空间坐标及第二云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面。
从上述描述可知，通过上述终端，能够确定处于任何空间位置下的待测目标物体的聚焦平面，从而确定拍摄的图像与聚焦平面之间的映射关系，从而实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述的一种带旋转云台的聚焦测量终端，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、目标点的空间坐标、第一云台旋转角度及第二云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述终端，能够快速精确地确定计算得到图像与所述聚焦平面的映射关系，从而确保处于空间任意某个位置的待测目标物体的测量。
进一步的，所述的一种带旋转云台的聚焦测量终端，所述S1具体为：
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第一目标点，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度；通过所述激光器对所述第一目标点进行测距，得到第一激光距离；根据所述第一激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述目标点的第一空间坐标；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准待测目标物体上预设的第二目标点，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度；通过所述激光器对所述第二目标点进行测距，得到第二激光距离；根据所述第二激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述目标点的第二空间坐标；
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度；根据所述第一空间坐标、所述第二空间坐标及第五云台旋转角度，确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述摄像机的内部参数、第一空间坐标、第二空间坐标、第三云台旋转角度、第四云台旋转角度和第五云台旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系。
从上述描述可知，通过上述终端，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量，且能够保证测量的精度。
请参照图1和图3，本发明的实施例一为：
本发明提供了一种带旋转云台的聚焦测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
其中，所述S1具体为：
云台上设有摄像机和激光器，所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转(即绕云台的预设第二旋转轴进行旋转)，以及可绕竖直方向进行旋转(即绕云台的预设第一旋转轴进行旋转)，先旋转云台，使云台处于初始位置(水平方向与竖直方向的旋转角均为0度)，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点A，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度，所述第一旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αa和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离OA；
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点A在坐标系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000081
其中，
Figure BDA0002375439030000082
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
其中，所述S2具体为：
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度，所述第二云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000083
和第二云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002375439030000084
其中，
Figure BDA0002375439030000085
以聚焦点A点为Ow原点，以平行于Xo轴作Xw轴，以平行于Zo轴作Zw轴，由OwXwZw组成聚焦平面π，Yw垂直于聚焦平面π，建立坐标系Ow-XwYwZw；得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure BDA0002375439030000086
其中
Figure BDA0002375439030000087
Figure BDA0002375439030000088
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
其中，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure BDA0002375439030000091
由于聚焦平面π上Yw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure BDA0002375439030000092
其中，所述
Figure BDA0002375439030000093
是摄像头的固有矩阵，(u0,v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸。所述γ为预设的缩放因子，当γ＝1时，得到的测量尺寸大小与待测目标物体的尺寸大小相同；当γ＝2时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的两倍；当γ＝3时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的三倍；当γ＝0.5时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的0.5倍
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
其中，所述S4具体为：
在图像上选取待测目标的图像坐标，由步骤S3得到的坐标系uv与Ow-XwYwZw之间的映射关系，转换为坐标系Ow-XwYwZw下的坐标，即实现待测目标物体的测量。
请参照图1和图4，本发明的实施例二为：
本发明提供了一种带旋转云台的聚焦测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
其中，所述S1具体为：
云台上设有摄像机和激光器，所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转，以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始位置(水平方向与竖直方向的旋转角均为0度)，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第一目标点A，并记录云台的旋转角度，得到第三云台旋转角度，所述第三旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αa和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离OA；
根据所述激光距离和第三云台旋转角度，计算得到所述第一目标点A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000101
其中，
Figure BDA0002375439030000102
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第二目标点B，并记录云台的旋转角度，得到第四云台旋转角度，所述第四旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αb和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βb；
通过所述激光器对所述第二目标点B进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002375439030000103
根据所述激光距离和第四云台旋转角度，计算得到所述第二目标点B在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000104
其中，
Figure BDA0002375439030000111
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
其中，所述S2具体为：
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第五云台旋转角度，所述第五云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000112
和第五云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002375439030000113
其中，
Figure BDA0002375439030000114
根据B在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000115
和第五云台旋转角度，计算得到B点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002375439030000116
其中，
Figure BDA0002375439030000117
连接A、B两点，得到直线AB；穿过A点或B点，得到平行于Ye轴的直线L；由直线AB和直线L组成聚焦平面π，得到Ze轴与聚焦平面π的交点Ow；以Ow为原点，以平行于Ye轴方向为Yw方向，使Zw垂直于聚焦平面π，根据Yw和Zw确定Xw方向，从而建立坐标系Ow-XwYwZw；得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure BDA0002375439030000118
其中
Figure BDA0002375439030000119
Figure BDA0002375439030000121
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
其中，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure BDA0002375439030000122
由于聚焦平面π上Zw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure BDA0002375439030000123
其中，所述
Figure BDA0002375439030000124
是摄像头的固有矩阵，(u0,v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸。所述γ为预设的缩放因子，当γ＝1时，得到的测量尺寸大小与待测目标物体的尺寸大小相同；当γ＝2时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的两倍；当γ＝3时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的三倍；当γ＝0.5时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的0.5倍。
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
其中，所述S4具体为：
在图像上选取待测目标的图像坐标，由步骤S3得到的坐标系uv与Ow-XwYwZw之间的映射关系，转换为坐标系Ow-XwYwZw下的坐标，即实现待测目标物体的测量。
请参照图1和图5，本发明的实施例三为：
本发明提供了一种带旋转云台的聚焦测量方法，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
其中，所述S1具体为：
云台上设有摄像机和激光器，所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转，以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始位置(水平方向与竖直方向的旋转角均为0度)，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第一目标点A，并记录云台的旋转角度，得到第六云台旋转角度，所述第六旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αa和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002375439030000135
根据所述激光距离和第六云台旋转角度，计算得到所述第一目标点A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000131
其中，
Figure BDA0002375439030000132
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第二目标点B，并记录云台的旋转角度，得到第七云台旋转角度，所述第七旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αb和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βb；
通过所述激光器对所述第二目标点B进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002375439030000133
根据所述激光距离和第七云台旋转角度，计算得到所述第二目标点B在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000134
其中，
Figure BDA0002375439030000141
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使云台上设置的激光器对准预设的第三目标点C，并记录云台的旋转角度，得到第八云台旋转角度，所述第八旋转角度包括云台绕竖直方向(第一旋转轴)旋转的角度αc和云台绕水平方向(第二旋转轴)旋转的角度βc；
通过所述激光器对所述第三目标点C进行测距，得到激光距离
Figure BDA0002375439030000142
根据所述激光距离和第八云台旋转角度，计算得到所述第三目标点C在坐系O-XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000143
其中，
Figure BDA0002375439030000144
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
其中，所述S2具体为：
旋转云台，使云台处于初始位置；
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第九云台旋转角度，所述第九云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；本发明中云台旋转角度均是相对于云台初始状态下的旋转角度；
以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；根据A在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000145
和第九云台旋转角度，计算得到A点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002375439030000146
其中，
Figure BDA0002375439030000147
根据B在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000148
和第九云台旋转角度，计算得到B点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002375439030000151
其中，
Figure BDA0002375439030000152
根据C在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure BDA0002375439030000153
和第九云台旋转角度，计算得到C点在XeYeZe下的坐标
Figure BDA0002375439030000154
其中，
Figure BDA0002375439030000155
由A、B、C三点组成聚焦平面π，得到Ze轴与聚焦平面π的交点Ow；以Ow为原点，使Zw垂直于聚焦平面π，在聚焦平面π上垂直于预设的交线的方向为Yw方向，所述交线为聚焦平面π与平面OeXeZe的交线，根据Yw和Zw确定Xw，从而建立坐标系Ow-XwYwZw；得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure BDA0002375439030000156
其中
Figure BDA0002375439030000157
Figure BDA0002375439030000158
ω为Yw轴和平面OeXeZe夹角的余角，
Figure BDA0002375439030000159
为聚焦平面π与平面OeXeZe的交线和Ze轴的夹角；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
其中，所述S3具体为：
通过所述摄像头拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure BDA0002375439030000161
由于聚焦平面π上Zw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw映射关系：
Figure BDA0002375439030000162
其中，所述
Figure BDA0002375439030000163
是摄像头的固有矩阵，(u0,v0)是摄像头光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像头的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸。所述γ为预设的缩放因子，当γ＝1时，得到的测量尺寸大小与待测目标物体的尺寸大小相同；当γ＝2时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的两倍；当γ＝3时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的三倍；当γ＝0.5时，得到的测量尺寸大小为待测目标物体的尺寸的0.5倍
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
其中，所述S4具体为：
在图像上选取待测目标的图像坐标，由步骤S3得到的坐标系uv与Ow-XwYwZw之间的映射关系，转换为坐标系Ow-XwYwZw下的坐标，即实现待测目标物体的测量。
请参照图2，本发明的实施例四为：
本发明提供的一种带旋转云台的聚焦测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现实施例一中的所有步骤。
本发明的实施例五为：
本发明提供的一种带旋转云台的聚焦测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现实施例二中的所有步骤。
本发明的实施例六为：
本发明提供的一种带旋转云台的聚焦测量终端，包括存储器1、处理器2及存储在存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现实施例三中的所有步骤。
综上所述，本发明提供的一种带旋转云台的聚焦测量方法和终端，获取待测目标物体上目标点的空间坐标；旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上的摄像机的可视区域内，并确定所述待测目标物体的聚焦平面；拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系，从而计算得到待测目标物体的测量值。本发明通过上述方法确定的聚焦平面，并计算得到待测目标物体的图像与聚焦平面的映射关系，并根据所述映射关系，所述把待测目标物体的图像映射到聚焦平面上，能够实现对空间任意位置的待测目标物体的测量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种带旋转云台的聚焦测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
所述S1具体为：
所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始状态，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为YO轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
接着旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度；
所述第一云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αa和云台绕第二旋转轴旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离
Figure FDA0003777183550000011
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点在坐标系O-XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003777183550000012
其中，
Figure FDA0003777183550000013
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度，所述第二云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
以所述目标点为Ow原点，以平行于Xo轴作Xw轴，以平行于Zo轴作Zw轴，由OwXwZw组成聚焦平面π；
所述云台处于初始位置时，其水平方向和竖直方向的旋转角度均为0度。
2.根据权利要求1所述的一种带旋转云台的聚焦测量方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
在旋转云台后，以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；
根据所述目标点在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003777183550000021
和第二云台旋转角度，计算得到所述目标点在XeYeZe下的坐标
Figure FDA0003777183550000022
其中，
Figure FDA0003777183550000023
作Yw垂直于聚焦平面π，建立坐标系Ow-XwYwZw，得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure FDA0003777183550000024
其中
Figure FDA0003777183550000025
Figure FDA0003777183550000026
所述S3具体为：
通过所述摄像机拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure FDA0003777183550000027
由于聚焦平面π上Yw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw的映射关系：
Figure FDA0003777183550000031
其中，所述
Figure FDA0003777183550000032
是摄像机的固有矩阵，(u0，v0)是摄像机光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像机的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸，所述γ为预设的缩放因子。
3.一种带旋转云台的聚焦测量终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1：获取待测目标物体上预设的目标点的空间坐标；
S2：旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并确定当前状态下所述待测目标物体的聚焦平面；
S3：拍摄所述待测目标物体的图像，并根据所述目标点的空间坐标以及云台的旋转角度，计算所述图像与所述聚焦平面之间的映射关系；
S4：获取所述图像上待测目标物体的坐标值，并代入所述映射关系，计算得到所述待测目标物体的测量值；
所述S1具体为：
所述云台为二轴旋转云台，可绕水平方向进行旋转以及可绕竖直方向进行旋转，先旋转云台，使云台处于初始状态，以当前状态下，激光器的激光束所在的方向为ZO轴，云台绕竖直方向旋转的第一旋转轴所在的方向为XO轴，云台绕水平方向旋转的第二旋转轴所在的方向为Yo轴，建立初始坐标系O-XOYOZO，O为坐标原点；
接着旋转云台，使云台上设置的激光器对准所述目标点，并记录云台的旋转角度，得到第一云台旋转角度；
所述第一云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αa和云台绕第二旋转轴旋转的角度βa；
通过所述激光器对所述目标点进行测距，得到激光距离
Figure FDA0003777183550000041
根据所述激光距离和第一云台旋转角度，计算得到所述目标点在坐标系O-XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003777183550000042
其中，
Figure FDA0003777183550000043
所述S2具体为：
旋转云台，使所述待测目标物体位于云台上设置的摄像机的可视区域内，并记录云台的旋转角度，得到第二云台旋转角度，所述第二云台旋转角度包括云台绕第一旋转轴旋转的角度αe和云台绕第二旋转轴旋转的角度βe；
以所述目标点为Ow原点，以平行于Xo轴作Xw轴，以平行于Zo轴作Zw轴，由OwXwZw组成聚焦平面π；
所述云台处于初始位置时，其水平方向和竖直方向的旋转角度均为0度。
4.根据权利要求3所述的一种带旋转云台的聚焦测量终端，其特征在于，所述步骤S2还包括：
在旋转云台后，以当前状态下，云台第一旋转轴所在的方向为Xe轴，云台第二旋转轴所在的方向为Ye轴，激光器的激光束所在的方向为Ze轴，建立坐标系Oe-XeYeZe；
根据所述目标点在坐标系XoYoZo下的坐标
Figure FDA0003777183550000044
和第二云台旋转角度，计算得到所述目标点在XeYeZe下的坐标
Figure FDA0003777183550000045
其中，
Figure FDA0003777183550000046
作Yw垂直于聚焦平面π，建立坐标系Ow-XwYwZw，得到坐标系Ow-XwYwZw与Oe-XeYeZe之间的转换关系：
Figure FDA0003777183550000047
其中
Figure FDA0003777183550000048
Figure FDA0003777183550000051
所述S3具体为：
通过所述摄像机拍摄所述待测目标物体的图像，并建立图像坐标系，所述图像坐标系是以图像最左上角的点为原点，水平向右方向为u轴，竖直向下方向为v轴，所创建的坐标系为uv坐标系；
根据摄像机内部参数K，得到坐标系uv与坐标系Oe-XeYeZe之间的映射关系：
Figure FDA0003777183550000052
由于聚焦平面π上Yw＝0，可得坐标系uv与坐标系Ow-XwYwZw的映射关系：
Figure FDA0003777183550000053
其中，所述
Figure FDA0003777183550000054
是摄像机的固有矩阵，(u0，v0)是摄像机光学中心在CCD成像平面上的投影位置，f是摄像机的焦距，dx和dy分别是CCD每个像素在水平方向和垂直方向上的物理尺寸，所述γ为预设的缩放因子。
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