CN111504344A - 用于对非接触姿态测量设备进行标定的标定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于对非接触姿态测量设备进行标定的标定系统及方法。其中，非接触姿态测量设备包括用于测量与被测物体的姿态相关的姿态信息的光学准直装置和用于测量与光学准直装置的姿态相关的姿态信息的姿态测量装置，并且标定系统包括：姿态调整设备，用于调整非接触姿态测量设备的姿态；反射部件，设置有朝向光学准直装置的参考反射面；以及计算设备，与光学准直装置以及姿态测量装置连接，配置用于：根据从光学准直装置接收的第一测量信息确定光学准直装置的第一姿态信息；根据从姿态测量装置接收的第二测量信息确定光学准直装置的第二姿态信息；以及根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿态测量设备进行标定。

Description

用于对非接触姿态测量设备进行标定的标定系统及方法

技术领域

本申请涉及标定技术领域，特别是涉及一种用于对非接触姿态测量设备进 行标定的标定系统及方法。

背景技术

现有的对物体的姿态进行测量的方式为接触式姿态测量，例如将陀螺仪放 置在被测物体上，用以测量被测物体的姿态。然而，在实际的应用场景中，会 存在无法直接将陀螺仪放置在被测物体上的情况。从而提出了一种由光学准直 装置和姿态测量装置共同构成的非接触姿态测量设备，其中利用光学准直装置 中分划板上的刻线的位置，确定被测物体相对于光学准直装置的姿态，然后通 过将光学准直装置设置于姿态测量装置之上，即可通过姿态测量装置测量出光 学准直装置的姿态，最后根据被测物体相对于光学准直装置的姿态最终确定被 测物体的姿态。

在使用上述的非接触姿态测量设备对被测物体的姿态进行测量的过程中， 要求光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐标系始终保持一致，才能够根 据被测物体相对于光学准直装置的姿态和姿态测量装置测量出的光学准直装置 的姿态运算出被测物体的姿态。但是，在将光学准直装置安装于姿态测量装置 上的安装过程中，容易造成光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐标系出 现偏差，从而导致所确定的被测物体的姿态出现误差。因此，需要一种用于对 非接触姿态测量设备进行标定的标定方案，用于判定非接触姿态测量设备中的 光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐标系是否一致。

但是，目前缺少一种用于对非接触姿态测量设备进行标定的标定方案，用 以判定非接触姿态测量设备中的光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐标 系是否一致。

发明内容

本公开提供了一种用于对非接触姿态测量设备进行标定的标定系统及方法， 能够判定非接触姿态测量设备中的光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐 标系是否一致，从而保证了通过非接触姿态测量设备测量得到的被测物体的姿 态信息的精准度。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于对非接触姿态测量设备进行标定 的标定系统，其中非接触姿态测量设备包括光学准直装置和与光学准直装置连 接的姿态测量装置，并且光学准直装置用于测量与被测物体的姿态相关的姿态 信息，姿态测量装置用于测量与光学准直装置的姿态相关的姿态信息，标定系 统包括：姿态调整设备，用于调整非接触姿态测量设备的姿态；反射部件，设 置有朝向光学准直装置的参考反射面；以及计算设备，与光学准直装置以及姿 态测量装置连接，并且配置用于：根据从光学准直装置接收的第一测量信息， 确定光学准直装置的第一姿态信息；根据从姿态测量装置接收的第二测量信息， 确定光学准直装置的第二姿态信息；以及根据第一姿态信息和第二姿态信息， 对非接触姿态测量设备进行标定。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于对非接触姿态测量设备进行 标定的标定方法，其中非接触姿态测量设备包括光学准直装置和与光学准直装 置连接的姿态测量装置，并且光学准直装置用于测量与被测物体的姿态相关的 姿态信息，姿态测量装置用于测量与光学准直装置的姿态相关的姿态信息，标 定方法包括：调整非接触姿态测量设备的姿态；根据从光学准直装置接收的第 一测量信息，确定光学准直装置的第一姿态信息；根据从姿态测量装置接收的 第二测量信息，确定光学准直装置的第二姿态信息；以及根据第一姿态信息和 第二姿态信息，对非接触姿态测量设备进行标定。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的 程序，其中，在程序运行时由处理器执行以上所述的方法。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于对非接触姿态测量设备进行 标定的标定装置，其中非接触姿态测量设备包括光学准直装置和与光学准直装 置连接的姿态测量装置，并且光学准直装置用于测量与被测物体的姿态相关的 姿态信息，姿态测量装置用于测量与光学准直装置的姿态相关的姿态信息，标 定装置包括：处理器；以及存储器，与处理器连接，用于为处理器提供处理以 下处理步骤的指令：调整非接触姿态测量设备的姿态；根据从光学准直装置接 收的第一测量信息，确定光学准直装置的第一姿态信息；根据从姿态测量装置 接收的第二测量信息，确定光学准直装置的第二姿态信息；以及根据第一姿态 信息和第二姿态信息，对非接触姿态测量设备进行标定。

在本发明实施例中，所提供的标定系统首先通过将设置有朝向光学准直装 置的参考反射面的反射部件设置于预定位置处，然后通过姿态调整设备调整非 接触姿态测量设备的姿态。由于反射部件的姿态是固定不变的，使得光学准直 装置测量得到的第一测量信息为光学准直装置与反射部件的参考反射面之间的 角度偏差信息。因此，通过计算设备根据从光学准直装置接收的第一测量信息， 即根据光学准直装置相对于反射部件的角度偏差信息，确定光学准直装置的第 一姿态信息。然后，通过计算设备根据从姿态测量装置接收的第二测量信息， 确定光学准直装置的第二姿态信息。由于在光学准直装置的坐标系和姿态测量 装置的坐标系一致的情况下，计算设备所确定的第一姿态信息和第二姿态信息 是相同的。在光学准直装置的坐标系和姿态测量装置的坐标系不一致的情况下， 计算设备所确定的第一姿态信息和第二姿态信息是不相同的。从而，计算设备 能够根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿态测量设备进行标定，即 判定非接触姿态测量设备中的光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐标系 是否一致，从而保证了通过非接触姿态测量设备测量得到的被测物体的姿态信 息的精准度。进而解决了现有技术中存在的目前缺少一种用于对非接触姿态测 量设备进行标定的标定方案，用以判定非接触姿态测量设备中的光学准直装置 的坐标系与姿态测量装置的坐标系是否一致的技术问题。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将 会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实 施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人 员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请实施例1的第一个方面所述的用于对非接触姿态测量设 备进行标定的标定系统的结构示意图；

图2是根据本申请实施例1所述的非接触姿态测量设备的结构示意图；

图3是根据本申请实施例1所述的光学准直装置的载体坐标系与地理坐标 系之间的欧拉角的示意图；

图4是图2所示的非接触姿态测量设备中的光学准直装置的示意性内剖图；

图5是根据本申请实施例1所述的光学准直装置的光学系统的结构示意图；

图6A是根据本申请实施例1所述的第一分划板和第二分划板共同投影在 成像面上形成的检测图像的一个示意图，其中根据图6A所示光学准直装置与 第一测量面没有对准；

图6B是根据本申请实施例1所述的第一分划板和第二分划板共同投影在 成像面上形成的检测图像的又一个示意图，其中根据图6B所示光学准直装置 与第一测量面没有对准；

图7是图2所示的非接触姿态测量设备中的姿态测量装置的示意性内剖图；

图8是根据本申请实施例1所述的姿态调整设备的结构示意图；

图9是根据本申请实施例1的第二个方面所述的用于对非接触姿态测量设 备进行标定的标定方法的流程示意图；以及

图10是根据本申请实施例2所述的用于对非接触姿态测量设备进行标定的 标定装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施 例中的附图，对本公开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公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公 开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实 施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不 排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设 备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对 于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器 件、组件和/或它们的组合。

此外，本说明书中涉及到的术语解释如下：

地理坐标系(简称t系)：原点在被测对象的重心，x_t轴指向东，y_t轴指北， z_t轴沿垂线指向天，通常称东北天坐标系。对于地理坐标系还有不同的取法， 如北西天、北东地等。坐标系指向不同仅仅影响某一矢量在坐标系中求取投影 分量的正负号不同而已，而不影响研究被测对象导航基本原理的阐述和导航参 数计算结果的正确性。

载体坐标系(简称b系)：载体坐标系是固连在被测对象上的，其原点在 被测对象的重心，x_b轴指向被测对象纵轴向前，y_b轴指向被测对象右方，z_b轴 垂直Ox_by_b平面向上。

实施例1

图1示出了本实施例的第一个方面所述的用于对非接触姿态测量设备20 进行标定的标定系统10的结构示意图。参照图1所示，本实施例所述的标定系 统10中的非接触姿态测量设备20包括光学准直装置210和与光学准直装置210 连接的姿态测量装置220，并且光学准直装置210用于测量与被测物体的姿态 相关的姿态信息，姿态测量装置220用于测量与光学准直装置210的姿态相关 的姿态信息，标定系统10包括：姿态调整设备110，用于调整非接触姿态测量 设备20的姿态；反射部件120，设置有朝向光学准直装置210的参考反射面 S1；以及计算设备130，与光学准直装置210以及姿态测量装置220连接，并 且配置用于：根据从光学准直装置210接收的第一测量信息，确定光学准直装 置210的第一姿态信息；根据从姿态测量装置220接收的第二测量信息，确定 光学准直装置210的第二姿态信息；以及根据第一姿态信息和第二姿态信息， 对非接触姿态测量设备20进行标定。

正如背景技术中所述的，在使用非接触姿态测量设备对被测物体的姿态进 行测量的过程中，要求光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐标系始终保 持一致，才能够根据被测物体相对于光学准直装置的姿态和姿态测量装置测量 出的光学准直装置的姿态运算出被测物体的姿态。但是，在将光学准直装置安 装于姿态测量装置上的安装过程中，容易造成光学准直装置的坐标系与姿态测 量装置的坐标系出现偏差，从而导致所确定的被测物体的姿态出现误差。因此， 需要一种用于对非接触姿态测量设备进行标定的标定系统，用于判定非接触姿 态测量设备中的光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐标系是否一致。

有鉴于此，参照图1所示，在本实施例中，提供了一种用于对非接触姿态 测量设备20进行标定的标定系统10，其中标定系统10包括姿态调整设备110、 反射部件120和计算设备130。在对非接触姿态测量设备20进行标定的过程中， 可以将反射部件120设置于距离非接触姿态测量设备20预定位置处，并将反射 部件120的参考反射面S1朝向非接触姿态测量设备20中的光学准直装置210。 然后通过姿态调整设备110来调整非接触姿态测量设备20的姿态，即调整光学 准直装置210和与之相连接的姿态测量装置220的姿态。

进一步地，通过与光学准直装置210以及姿态测量装置220连接的计算设 备130，分别从光学准直装置210接收第一测量信息和从姿态测量装置220接 收第二测量信息。由于反射部件120的姿态是固定不变的，此时光学准直装置 210测量得到的第一测量信息为光学准直装置210与参考反射面S1之间的角度 偏差信息。其中角度偏差信息用于指示光学准直装置210的轴线与参考反射面 S1的法线之间的角度偏差。因此，计算设备130能够根据从光学准直装置210 接收的第一测量信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息。例如：计算设 备130能够根据从光学准直装置210接收的第一测量信息，确定光学准直装置 210相对于参考反射面S1的角度偏差信息，即确定光学准直装置210相对于反 射部件120的角度偏差信息。由于反射部件120的姿态是固定不变的，因此可 以预先确定反射部件120的姿态信息。从而，计算设备130可以根据预先确定 的反射部件120的姿态信息和光学准直装置210相对于反射部件120的角度偏 差信息，确定光学准直装置210的姿态信息(对应于上述的第一姿态信息)。

进一步地，参照图2所示，由于姿态测量装置220与光学准直装置210连 接，因此能够通过姿态测量装置220对光学准直装置210的姿态进行测量。在 这种情况下，计算设备130能够根据从姿态测量装置220接收的第二测量信息， 确定光学准直装置210的姿态信息(对应于上述的第二姿态信息)。

最后，计算设备130根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿态测 量设备20进行标定。例如：在非接触姿态测量设备20中的光学准直装置210 的坐标系和姿态测量装置220的坐标系一致的情况下，计算设备130所确定的 第一姿态信息和第二姿态信息是相同的。在光学准直装置210的坐标系和姿态 测量装置220的坐标系不一致的情况下，计算设备130所确定的第一姿态信息 和第二姿态信息是不相同的。从而，计算设备130能够根据第一姿态信息和第 二姿态信息，对非接触姿态测量设备20进行标定，即判定非接触姿态测量设备 20中的光学准直装置210的坐标系与姿态测量装置220的坐标系是否一致，从 而保证了通过非接触姿态测量设备20测量得到的被测物体的姿态信息的精准 度。

从而，通过这种方式，本实施例所提供的标定系统10首先通过将设置有朝 向光学准直装置210的参考反射面S1的反射部件120设置于预定位置处，然 后通过姿态调整设备110调整非接触姿态测量设备20的姿态。由于反射部件 120的姿态是固定不变的，使得光学准直装置210测量得到的第一测量信息为 光学准直装置210与反射部件120的参考反射面S1之间的角度偏差信息。从 而，通过计算设备130根据从光学准直装置210接收的第一测量信息，即根据 光学准直装置210相对于反射部件120的角度偏差信息，确定光学准直装置210 的第一姿态信息。然后，通过计算设备130根据从姿态测量装置220接收的第 二测量信息，确定光学准直装置210的第二姿态信息。由于在光学准直装置210 的坐标系和姿态测量装置220的坐标系一致的情况下，计算设备130所确定的 第一姿态信息和第二姿态信息是相同的。在光学准直装置210的坐标系和姿态 测量装置220的坐标系不一致的情况下，计算设备130所确定的第一姿态信息 和第二姿态信息是不相同的。从而，计算设备130根据第一姿态信息和第二姿 态信息，对非接触姿态测量设备20进行标定，即判定非接触姿态测量设备20 中的光学准直装置210的坐标系与姿态测量装置220的坐标系是否一致，从而 保证了通过非接触姿态测量设备20测量得到的被测物体的姿态信息的精准度。 进而解决了现有技术中存在的目前缺少一种用于对非接触姿态测量设备进行标 定的标定方案，用以判定非接触姿态测量设备中的光学准直装置的坐标系与姿 态测量装置的坐标系是否一致的技术问题。

此外，例如参考图3所示，光学准直装置210的第一姿态信息例如可以是 光学准直装置210的载体坐标系Ox_b1y_b1z_b1相对于光学准直装置210的地理坐 标系Ox_t1y_t1z_t1的欧拉角(α₁，β₁，θ₁)，用于表示光学准直装置210相对于 地理坐标系的方位角、俯仰角以及横滚角。

进一步，参考反射面S1固定设置于朝向光学准直装置210的预定位置处， 并且在设置的过程中，将参考反射面S1设置为与参考反射面S1的地理坐标系 之间的角度偏差均为零。

并且，利用光学准直装置210对参考反射面S1进行检测时，光学准直装 置210与参考反射面S1的距离会比较近，例如十几厘米或几十厘米，因此光 学准直装置210与参考反射面S1的地理坐标系可以看作是不存在角度偏差， 即光学准直装置与参考反射面S1的地理坐标系之间的角度偏差可以忽略。因 此光学准直装置210相对于参考反射面S1的角度偏差信息等同于光学准直装 置210相对于地理坐标系的方位角α₁和俯仰角β₁，即光学准直装置210的第 一姿态信息。

可选地，光学准直装置210包括：光源211；图像采集单元212；设置于光 源前的第一分划板213；设置于图像采集单元212前的第二分划板214；以及光 学系统，其中光学系统用于将由光源211发射并且穿过第一分划板213的光源 光投射到参考反射面S1上，以及将从参考反射面S1反射回的光源光经由第二 分划板214投射到图像采集单元212，并且根据从光学准直装置210接收的第 一测量信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息的操作，包括：接收图像 采集单元212采集的检测图像作为第一测量信息，其中检测图像包含第一分划 板213的第一刻线的第一影像和第二分划板214的第二刻线的第二影像；根据 第一影像与第二影像的位置，确定光学准直装置210与参考反射面S1的方位 角偏差以及俯仰角偏差；以及根据方位角偏差、俯仰角偏差以及与参考反射面 S1相关的姿态信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息。

具体地，图4示例性的示出了光学准直装置210的示意性内剖图。参照图 4所示，光学准直装置210包括：光源211、图像采集单元212、设置于光源前 的第一分划板213、设置于图像采集单元212前的第二分划板214以及光学系 统。其中，图5示例性的示出了光学系统的结构示意图。参照图5所示，光学 系统包括物镜215、棱镜216和目镜217，其中第一分划板213和第二分划板 214通过棱镜216分光共轭位于物镜215与目镜217的焦平面上。

进一步地，参照图4以及图5所示，例如可以在距离非接触姿态测量设备 20预定位置处设置反射部件120，并将反射部件120的参考反射面S1朝向非 接触姿态测量设备20中的光学准直装置210。依据光路可逆成像原理，光源211 发出的光源光经过第一分划板213后经物镜215后成平行光照射至设置于目标 对象上的参考反射面S1。然后，经参考反射面S1反射再次经由物镜215、目 镜217后成像于物镜215的像面位置。由于第二分划板214位于物镜215的像 面位置，因此光学系统将从参考反射面S1反射回的光源光经由第二分划板214 成平行光投射到图像采集单元212。使得设置于成像面上的图像采集单元212 能够采集到包含第一分划板213的第一刻线的第一影像和第二分划板214的第 二刻线的第二影像的检测图像。

具体地，参考图6A和图6B所示，当参考反射面S1的轴线与光学准直装 置210的轴线不平行时，即两个空间异面直线间俯仰差角和方位差角不为零时， 则第一分划板213和第二分划板214共同投影在成像面上形成的图像如图6A 或者图6B所示。第一分划板213的第一影像和第二分划板214的第二影像的 十字中心分开一定距离，不处于重合位置，则意味着光学准直装置210的轴线 与目标对象的第二轴线没有平行，即存在角度偏差。其中，光源可以采用1550nm 的光纤光源(SFS)，光纤光源(SFS)基于掺铒光纤的放大自发辐射(ASE)， 具有很好的温度稳定性，输出功率大、寿命长，低偏振相关性。此外，图像采 集单元212例如但不限于为触发式CCD摄像机。

进一步地，参考图6A和图6B，第一影像和第二影像在水平方向和垂直方 向上均存在位置上的偏差。因此计算设备130在根据从光学准直装置210接收 的第一测量信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息的过程中，可以根据 第一影像与第二影像的位置，确定参考反射面S1相对于光学准直装置210的 方位角偏差和俯仰角偏差。由于参考反射面S1的姿态是固定不变的，因此计 算设备130能够根据方位角偏差、俯仰角偏差以及与参考反射面S1相关的姿 态信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息。

具体地，根据投射在图像采集单元212上的第一影像和第二影像来确定参 考反射面S1相对于光学准直装置210的方位角偏差和俯仰角偏差。其中以第 二影像作为参考影像，可以得出第一影像相对于第二影像的相对位移(Δx，Δy)。 并且可以通过下述公式得出参考反射面S1相对于光学准直装置210的方位角 偏差k_i和俯仰角偏差φ_i。

k_i＝Δx/S_x

φ_i＝Δy/S_y

其中S_x为水平方向的比例因子，S_y为垂直方向的比例因子。并且其中S_x和 S_y的单位为像素/角秒(每角秒成像高度*分辨率/CCD尺寸)，这两个参数可以 提前标定好。

从而利用与参考反射面S1相关的姿态信息(包含方位角α₁和俯仰角β₁) 以及上面所述的参考反射面S1相对于光学准直装置210的方位角度偏差k_i和 俯仰角度偏差φ_i，确定光学准直装置210的方位角和俯仰角作为第一姿态信息。 具体地，可以利用参考反射面S1的方位角α₁以及参考反射面S1相对于光学 准直装置210的方位角度偏差k_i之和来确定光学准直装置210的方位角，以及 利用参考反射面S1的俯仰角β₁以及参考反射面S1相对于光学准直装置210 的俯仰角度偏差β₁之和，来确定光学准直装置210的俯仰角。

从而通过这种方式，本实施例的技术方案能够利用光学投影成像以及图像 处理技术来计算光学准直装置210与参考反射面S1之间的角度偏差，从而既 能够保证检测的准确性，也能够实时计算参考反射面S1相对于光学准直装置 210的角度偏差，从而保证了所确定的光学准直装置210的第一姿态信息的准 确性。

可选地，根据从姿态测量装置220接收的第二测量信息，确定光学准直装 置210的第二姿态信息的操作，包括：利用捷联惯导算法，根据第二测量信息， 确定光学准直装置210的第二姿态信息。

具体地，图7示例性的示出了图2中的姿态测量装置220的示意性内剖图。 参照图7所示，姿态测量装置220包括彼此垂直设置的第一陀螺仪221a、第二 陀螺仪221b以及第三陀螺仪221c。并且姿态测量装置220还包括第一加速度 计222a、第二加速度计222b以及第三加速度计222c。其中通过陀螺仪221a、 221b、221c测量光学准直装置210的角运动信息，通过加速度计222a、222b、 222c测量光学准直装置210的线速度信息，从而计算设备130可以根据第二测 量信息，利用捷联惯导算法，计算得到光学准直装置210的载体坐标系相对于 地理坐标系的方位关系，即光学准直装置210的第二姿态信息。而关于捷联惯 导算法的具体细节，可以参考相关现有技术，本说明书中不再进行详细赘述。

进一步地，由于陀螺仪221a、221b、221c精度的高低直接影响到测量的光 学准直装置210的测量精度，最终影响所确定的光学准直装置210的第二姿态 信息的精度。为了保证精度，可以采用高精度的光纤陀螺。或者选取精度为1％ 的陀螺仪，该精度陀螺仪可以保证航向保持0.01度每小时，满足测量精度的要 求。

此外，加速度计222a、222b、222c可以采用石英挠性加速度计，它是机械 摆式力平衡伺服加速度计。当检测摆感受输入加速度时，它将产生绕挠性枢轴 的惯性力矩，在此力矩的作用下，摆绕挠性枢轴作角运动，产生角位移。由差 动电容传感器将该位移变换成电容变化量，输给模拟放大器，模拟放大器将其 变换成电流信号输送到力矩器，产生一恢复力矩。当恢复力矩与摆的惯性力矩 相平衡时，输向力矩器的电流值可用来度量输入加速度的量值。

具体地，参照图7所示，姿态测量装置220还包括信号采集电路226。其 中，信号采集电路226主要用于采集陀螺仪221a、221b、221c和加速度计220a、 220b和220c的陀螺信号以及加速度信号，然后将陀螺信号和加速度信号处理 后发送给计算设备130。使得计算设备130可以对接收到的陀螺信号和加速度 信号进行姿态解算，确定光学准直装置210与参考反射面S1之间的角度偏差 值，从而确定与光学准直装置210的姿态相关的姿态信息。

可选地，姿态测量装置220还包括箱体223，用于容纳陀螺仪221a、221b、 221c、加速度计222a、222b、222c以及信号采集电路226。

可选地，姿态测量装置220还包括电源电路224，电源电路224用于为陀 螺仪221a、221b、221c、加速度计222a、222b、222c和信号采集电路226供 电。

此外，姿态测量装置220还包括手持部件225，其中在箱体223对称的两 侧的外表面各自设置有一个手持部件225，使用者可以通过手握该手持部件225， 灵活的移动姿态测量装置220，从而可以适用于多种测量场合。

可选地，根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿态测量设备20 进行标定的操作，包括：将第一姿态信息与第二姿态信息进行比对；以及根据 比对的结果，判定非接触姿态测量设备20中的光学准直装置210与姿态测量装 置220之间的坐标系是否一致。

具体地，计算设备130在根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿 态测量设备20进行标定的过程中，首先将第一姿态信息与第二姿态信息进行比 对。然后利用在光学准直装置210的坐标系和姿态测量装置220的坐标系不一 致的情况下，计算设备130所确定的第一姿态信息和第二姿态信息是不相同的 特性。从而计算设备130能够根据比对的结果，判定非接触姿态测量设备20 中的光学准直装置210与姿态测量装置220之间的坐标系是否一致。通过这种 方式，能够快速及准确地对非接触姿态测量设备20进行标定。

可选地，姿态调整设备110包括：第一姿态调整组件111，用于调整非接 触姿态测量设备20的俯仰角；以及第二姿态调整组件112，设置于第一姿态调 整组件111上，用于调整非接触姿态测量设备20的方位角。

具体地，图8示例性的示出了姿态调整设备110的结构示意图。参照图8 所示，姿态调整设备110包括第一姿态调整组件111和第二姿态调整组件112， 分别用于调整非接触姿态测量设备20的俯仰角和方位角。通过这种方式，不仅 能够单一地对非接触姿态测量设备20的俯仰角或方位角进行调整，也能够同时 调整非接触姿态测量设备20的俯仰角和方位角。并且，通过第一姿态调整组件 111和第二姿态调整组件112，姿态调整设备110能够精准的调整非接触姿态测 量设备20的俯仰角和方位角。

可选地，第一姿态调整组件111包括：支撑架1111、承载盒1112以及第 一转动部件1113，其中承载盒1112通过第一转动部件1113与支撑架1111连 接。

具体地，参照图8所示，第一姿态调整组件111包括支撑架1111、承载盒 1112以及第一转动部件1113。其中，承载盒1112通过第一转动部件1113与支 撑架1111连接。从而，在需要对非接触姿态测量设备20的俯仰角进行调整的 情况下，将非接触姿态测量设备20放置在承载盒1112内，然后可以通过驱动 第一转动部件1113转动，带动承载盒1112做俯仰运动，从而达到了调整非接 触姿态测量设备20的俯仰角的目的。

可选地，第二姿态调整组件112包括设置于支撑架1111底部的转动平台 1121以及第二转动部件1122，其中转动平台1121通过第二转动部件1122与支 撑架1111连接，并且第一转动部件1113与第二转动部件1122垂直。

具体地，参照图8所示，第二姿态调整组件112包括设置于支撑架1111 底部的转动平台1121以及第二转动部件1122。其中转动平台1121通过第二转 动部件1122与支撑架1111连接，并且第一转动部件1113与第二转动部件1122 垂直。从而，在需要对非接触姿态测量设备20的方位角进行调整的情况下，将 非接触姿态测量设备20放置在承载盒1112内，然后可以通过驱动第二转动部 件1122转动，带动承载盒1112相对于转动平台1121做圆周运动，从而达到了 调整非接触姿态测量设备20的方位角的目的。

此外，在需要同时调整非接触姿态测量设备20的俯仰角和方位角的情况下， 将非接触姿态测量设备2放置在承载盒1112内，然后同时驱动第一转动部件 1113和第二转动部件1122，用以带动承载盒1112做俯仰运动的同时，也带动 设置于转动平台1121上的承载盒1112相对于转动平台1121做圆周运动，从而 达到了同时调整非接触姿态测量设备20的俯仰角和方位角的目的。

可选地，第一姿态调整组件111还包括第一旋转驱动机构，配置用于驱动 第一转动部件1113旋转。

可选地，第二姿态调整组件112还包括第二旋转驱动机构，配置用于驱动 第二转动部件1122旋转。

此外，在图1所示的标定系统10中，本实施例的第二个方面提供了一种用 于对非接触姿态测量设备20进行标定的标定方法，图9示例性的示出了用于对 非接触姿态测量设备20进行标定的标定方法的流程示意图。参照图1以及9 所示，其中非接触姿态测量设备20包括光学准直装置210和与光学准直装置 210连接的姿态测量装置220，并且光学准直装置210用于测量与被测物体的姿 态相关的姿态信息，姿态测量装置220用于测量与光学准直装置210的姿态相 关的姿态信息，标定方法包括：

S902：调整非接触姿态测量设备20的姿态；

S904：根据从光学准直装置210接收的第一测量信息，确定光学准直装置 210的第一姿态信息；

S906：根据从姿态测量装置220接收的第二测量信息，确定光学准直装置 210的第二姿态信息；以及

S908：根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿态测量设备20进 行标定。

可选地，光学准直装置210包括：光源211；图像采集单元212；设置于光 源前的第一分划板213；设置于图像采集单元212前的第二分划板214；以及光 学系统，其中光学系统用于将由光源211发射并且穿过第一分划板213的光源 光投射到朝向光学准直装置210的参考反射面S1上，以及将从参考反射面S1 反射回的光源光经由第二分划板214投射到图像采集单元212，并且根据从光 学准直装置210接收的第一测量信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息 的操作，包括：接收图像采集单元212采集的检测图像作为第一测量信息，其 中检测图像包含第一分划板213的第一刻线的第一影像和第二分划板214的第 二刻线的第二影像；根据第一影像与第二影像的位置，确定光学准直装置210 与参考反射面S1的方位角偏差以及俯仰角偏差；以及根据方位角偏差、俯仰 角偏差以及与参考反射面S1相关的姿态信息，确定光学准直装置210的第一 姿态信息。

可选地，根据从姿态测量装置220接收的第二测量信息，确定光学准直装 置210的第二姿态信息的操作，包括：利用捷联惯导算法，根据第二测量信息， 确定光学准直装置210的第二姿态信息。

可选地，根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿态测量设备20 进行标定的操作，包括：将第一姿态信息与第二姿态信息进行比对；以及根据 比对的结果，判定非接触姿态测量设备20中的光学准直装置210与姿态测量装 置220之间的坐标系是否一致。

可选地，姿态调整设备110包括：第一姿态调整组件111，用于调整非接 触姿态测量设备20的俯仰角；以及第二姿态调整组件112，设置于第一姿态调 整组件111上，用于调整非接触姿态测量设备20的方位角。

可选地，第一姿态调整组件111包括：支撑架1111、承载盒1112以及第 一转动部件1113，其中承载盒1112通过第一转动部件1113与支撑架1111连 接。

可选地，第二姿态调整组件112包括设置于支撑架1111底部的转动平台 1121以及第二转动部件1122，其中转动平台1121通过第二转动部件1122与支 撑架1111连接，并且第一转动部件1113与第二转动部件1122垂直。

可选地，第一姿态调整组件111还包括第一旋转驱动机构，配置用于驱动 第一转动部件1113旋转。

可选地，第二姿态调整组件112还包括第二旋转驱动机构，配置用于驱动 第二转动部件1122旋转。

本实施例第二方面提供的用于对非接触姿态测量设备20进行标定的标定 方法可以参照第一方面提供的用于对非接触姿态测量设备20进行标定的标定 系统10中的所有描述，并且能够实现第一方面提供的用于对非接触姿态测量设 备20进行标定的标定系统10的所有功能，这里不再赘述。

此外，根据本实施例的第三个方面，提供了一种存储介质。存储介质包括 存储的程序，其中，在程序运行时由处理器执行以上任意一项所述的方法。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述 为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的 动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。 其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施 例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上 述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以 通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的 技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现 出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘) 中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或 者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例2

图10示出了根据本实施例所述的用于对非接触姿态测量设备20进行标定 的标定装置1000，该标定装置与根据实施例1的第二个方面所述的方法相对应。 参考图10所示，其中非接触姿态测量设备20包括光学准直装置210和与光学 准直装置210连接的姿态测量装置220，并且光学准直装置210用于测量与被 测物体的姿态相关的姿态信息，姿态测量装置220用于测量与光学准直装置210 的姿态相关的姿态信息，标定装置包括：处理器1010；以及存储器1020，与处 理器1010连接，用于为处理器1010提供处理以下处理步骤的指令：调整非接 触姿态测量设备20的姿态；根据从光学准直装置210接收的第一测量信息，确 定光学准直装置210的第一姿态信息；根据从姿态测量装置220接收的第二测 量信息，确定光学准直装置210的第二姿态信息；以及根据第一姿态信息和第 二姿态信息，对非接触姿态测量设备20进行标定。

可选地，光学准直装置210包括：光源211；图像采集单元212；设置于光 源前的第一分划板213；设置于图像采集单元212前的第二分划板214；以及光 学系统，其中光学系统用于将由光源211发射并且穿过第一分划板213的光源 光投射到朝向光学准直装置210的参考反射面S1上，以及将从参考反射面S1 反射回的光源光经由第二分划板214投射到图像采集单元212，并且根据从光 学准直装置210接收的第一测量信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息 的操作，包括：接收图像采集单元212采集的检测图像作为第一测量信息，其 中检测图像包含第一分划板213的第一刻线的第一影像和第二分划板214的第 二刻线的第二影像；根据第一影像与第二影像的位置，确定光学准直装置210 与参考反射面S1的方位角偏差以及俯仰角偏差；以及根据方位角偏差、俯仰 角偏差以及与参考反射面S1相关的姿态信息，确定光学准直装置210的第一 姿态信息。

可选地，根据从姿态测量装置220接收的第二测量信息，确定光学准直装 置210的第二姿态信息的操作，包括：利用捷联惯导算法，根据第二测量信息， 确定光学准直装置210的第二姿态信息。

可选地，根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非接触姿态测量设备20 进行标定的操作，包括：将第一姿态信息与第二姿态信息进行比对；以及根据 比对的结果，判定非接触姿态测量设备20中的光学准直装置210与姿态测量装 置220之间的坐标系是否一致。

可选地，姿态调整设备110包括：第一姿态调整组件111，用于调整非接 触姿态测量设备20的俯仰角；以及第二姿态调整组件112，设置于第一姿态调 整组件111上，用于调整非接触姿态测量设备20的方位角。

可选地，第一姿态调整组件111包括：支撑架1111、承载盒1112以及第 一转动部件1113，其中承载盒1112通过第一转动部件1113与支撑架1111连 接。

可选地，第二姿态调整组件112包括设置于支撑架1111底部的转动平台 1121以及第二转动部件1122，其中转动平台1121通过第二转动部件1122与支 撑架1111连接，并且第一转动部件1113与第二转动部件1122垂直。

可选地，第一姿态调整组件111还包括第一旋转驱动机构，配置用于驱动 第一转动部件1113旋转。

可选地，第二姿态调整组件112还包括第二旋转驱动机构，配置用于驱动 第二转动部件1122旋转。

从而根据本实施例所提供的标定装置1000首先将设置有朝向光学准直装 置210的参考反射面S1的反射部件120设置于预定位置处，然后调整非接触 姿态测量设备20的姿态。由于反射部件120的姿态是固定不变的，使得光学准 直装置210测量得到的第一测量信息为光学准直装置210与反射部件120的参 考反射面S1之间的角度偏差信息。从而，标定装置1000能够根据从光学准直 装置210接收的第一测量信息，即根据光学准直装置210相对于反射部件120 的角度偏差信息，确定光学准直装置210的第一姿态信息。然后，根据从姿态 测量装置220接收的第二测量信息，确定光学准直装置210的第二姿态信息。 由于在光学准直装置210的坐标系和姿态测量装置220的坐标系一致的情况下， 所确定的第一姿态信息和第二姿态信息是相同的。在光学准直装置210的坐标 系和姿态测量装置220的坐标系不一致的情况下，所确定的第一姿态信息和第 二姿态信息是不相同的。从而，能够根据第一姿态信息和第二姿态信息，对非 接触姿态测量设备20进行标定，即判定非接触姿态测量设备20中的光学准直 装置210的坐标系与姿态测量装置220的坐标系是否一致，从而保证了通过非 接触姿态测量设备20测量得到的被测物体的姿态信息的精准度。进而解决了现 有技术中存在的目前缺少一种用于对非接触姿态测量设备进行标定的标定方案， 用以判定非接触姿态测量设备中的光学准直装置的坐标系与姿态测量装置的坐 标系是否一致的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例 中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、 数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附 图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领 域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下， 所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的 所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此， 示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在 下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后 的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在…… 上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器 件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨 在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如， 如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器 件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他 器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处 于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、 “横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未 作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围 的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护 范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于对非接触姿态测量设备(20)进行标定的标定系统(10)，其中所述非接触姿态测量设备(20)包括光学准直装置(210)和与所述光学准直装置(210)连接的姿态测量装置(220)，并且所述光学准直装置(210)用于测量与被测物体的姿态相关的姿态信息，所述姿态测量装置(220)用于测量与所述光学准直装置(210)的姿态相关的姿态信息，其特征在于，所述标定系统(10)包括：

姿态调整设备(110)，用于调整所述非接触姿态测量设备(20)的姿态；

反射部件(120)，设置有朝向所述光学准直装置(210)的参考反射面(S1)；以及

计算设备(130)，与所述光学准直装置(210)以及所述姿态测量装置(220)连接，并且配置用于：

根据从所述光学准直装置(210)接收的第一测量信息，确定所述光学准直装置(210)的第一姿态信息；

根据从所述姿态测量装置(220)接收的第二测量信息，确定所述光学准直装置(210)的第二姿态信息；以及

根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，对所述非接触姿态测量设备(20)进行标定。

2.根据权利要求1所述的标定系统(10)，其特征在于，所述光学准直装置(210)包括：光源(211)；图像采集单元(212)；设置于所述光源前的第一分划板(213)；设置于所述图像采集单元(212)前的第二分划板(214)；以及光学系统，其中

所述光学系统用于将由所述光源(211)发射并且穿过所述第一分划板(213)的光源光投射到所述参考反射面(S1)上，以及将从所述参考反射面(S1)反射回的所述光源光经由所述第二分划板(214)投射到所述图像采集单元(212)，并且

根据从所述光学准直装置(210)接收的第一测量信息，确定所述光学准直装置(210)的第一姿态信息的操作，包括：

接收所述图像采集单元(212)采集的检测图像作为所述第一测量信息，其中所述检测图像包含所述第一分划板(213)的第一刻线的第一影像和所述第二分划板(214)的第二刻线的第二影像；

根据所述第一影像与所述第二影像的位置，确定所述光学准直装置(210)与所述参考反射面(S1)的方位角偏差以及俯仰角偏差；以及

根据所述方位角偏差、所述俯仰角偏差以及与所述参考反射面(S1)相关的姿态信息，确定所述光学准直装置(210)的第一姿态信息。

3.根据权利要求1所述的标定系统(10)，其特征在于，根据从所述姿态测量装置(220)接收的第二测量信息，确定所述光学准直装置(210)的第二姿态信息的操作，包括：利用捷联惯导算法，根据所述第二测量信息，确定所述光学准直装置(210)的第二姿态信息。

4.根据权利要求1所述的标定系统(10)，其特征在于，根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，对所述非接触姿态测量设备(20)进行标定的操作，包括：

将所述第一姿态信息与所述第二姿态信息进行比对；以及

根据所述比对的结果，判定所述非接触姿态测量设备(20)中的所述光学准直装置(210)与所述姿态测量装置(220)之间的坐标系是否一致。

5.根据权利要求1所述的标定系统(10)，其特征在于，所述姿态调整设备(110)包括：

第一姿态调整组件(111)，用于调整所述非接触姿态测量设备(20)的俯仰角；以及

第二姿态调整组件(112)，设置于所述第一姿态调整组件(111)上，用于调整所述非接触姿态测量设备(20)的方位角。

6.根据权利要求5所述的标定系统(10)，其特征在于，所述第一姿态调整组件(111)包括：支撑架(1111)、承载盒(1112)以及第一转动部件(1113)，其中所述承载盒(1112)通过所述第一转动部件(1113)与所述支撑架(1111)连接。

7.根据权利要求6所述的标定系统(10)，其特征在于，所述第二姿态调整组件(112)包括设置于所述支撑架(1111)底部的转动平台(1121)以及第二转动部件(1122)，其中所述转动平台(1121)通过所述第二转动部件(1122)与所述支撑架(1111)连接，并且所述第一转动部件(1113)与所述第二转动部件(1122)垂直。

8.根据权利要求6所述的标定系统(10)，其特征在于，所述第一姿态调整组件(111)还包括第一旋转驱动机构，配置用于驱动所述第一转动部件(1113)旋转。

9.根据权利要求7所述的标定系统(10)，其特征在于，所述第二姿态调整组件(112)还包括第二旋转驱动机构，配置用于驱动所述第二转动部件(1122)旋转。

10.一种用于对非接触姿态测量设备(20)进行标定的标定方法，其中所述非接触姿态测量设备(20)包括光学准直装置(210)和与所述光学准直装置(210)连接的姿态测量装置(220)，并且所述光学准直装置(210)用于测量与被测物体的姿态相关的姿态信息，所述姿态测量装置(220)用于测量与所述光学准直装置(210)的姿态相关的姿态信息，其特征在于，所述标定方法包括：

调整所述非接触姿态测量设备(20)的姿态；

根据从所述光学准直装置(210)接收的第一测量信息，确定所述光学准直装置(210)的第一姿态信息；

根据从所述姿态测量装置(220)接收的第二测量信息，确定所述光学准直装置(210)的第二姿态信息；以及

根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，对所述非接触姿态测量设备(20)进行标定。

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