CN112683164B - 一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于视觉‑激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法。提出利用比视觉+激光测量系统在近距离精度更高的激光跟踪仪作为验证系统，视觉+激光测量系统和激光跟踪仪这两套系统都将前一帧测量数据作为零位点，通过测量当前帧位姿来获得两帧之间的变化量，从而得到激光+视觉测量系统与激光跟踪仪的对比精度。本发明简单实用，可推广应用于其他同类型的位姿测量系统的精度验证过程。

Description

一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估 方法
技术领域
本发明涉及非接触测量领域，具体涉及一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法，适用于视觉+激光测量系统的相对位姿测量精度评估，也可推广到其他非接触测量设备的相对位姿精度评估。
背景技术
现有相对精度评估方法，其具体原理为：通过已知的目标运动状态，获取目标在图像序列中的相对位置作为参考值，来对测量系统的测量精度进行评估。且采用的模拟运动平台为二维导轨和转台，运动状态过于简单，这种相对精度的评估方法依赖于运动平台本身的精度，运动平台相对的低精度导致现有的评估方法存在评估结果误差大，精度不高的问题。为了解决该问题，本发明提出利用精度较高的激光跟踪仪作为评价系统，采用相对测量的方式评价测量系统的精度，具有非接触、效率高且其精度较高等优点。从目前公开发表的文献和专利来看，尚无与此相关的相对位姿评估方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的技术解决问题是：提供一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法，步骤如下：
步骤(1)：利用视觉+激光测量系统获得第一个位置合作靶标相对于融合后的视觉+激光测量系统的旋转矩阵
Figure BDA0002815561610000011
平移矢量初始值
Figure BDA0002815561610000012
步骤(2)：在合作靶标不动的情况下，利用激光跟踪仪获得合作靶标相对于激光跟踪仪测量系统的旋转矩阵
Figure BDA0002815561610000013
平移矢量初始值
Figure BDA0002815561610000014
步骤(3)：合作靶标移动到下一个位置即第二个位置，视觉+激光测量系统和激光跟踪仪分别获得合作靶标相对于视觉+激光测量系统、激光跟踪仪测量系统两个测量系统的旋转矩阵
Figure BDA0002815561610000015
平移矢量
Figure BDA0002815561610000016
和旋转矩阵
Figure BDA0002815561610000017
平移矢量
Figure BDA0002815561610000018
步骤(4)：通过运算得到第二个位置下视觉+激光测量系统、激光跟踪仪测量系统两个测量系统相对于合作靶标的
Figure BDA0002815561610000021
和
Figure BDA0002815561610000022
其中
Figure BDA0002815561610000023
为视觉+激光测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的旋转矩阵，
Figure BDA0002815561610000024
为视觉+激光测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的平移矢量，同理，其中
Figure BDA0002815561610000025
为激光跟踪仪测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的旋转矩阵，
Figure BDA0002815561610000026
为激光跟踪仪测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的平移矢量；
步骤(5)：在视觉+激光测量系统、激光跟踪仪测量系统两个测量系统中，通过运算得到合作靶标第二个位置现对于第一个位置的旋转矩阵、平移矢量为RC、TC和RL、TL；
步骤(6)：最后，比较两个测量系统得到RC、TC和RL、TL，转换为位姿就是合作靶标运动的相对变化量，多次测量可以得到视觉+激光测量系统的相对精度。
进一步地，步骤(2)中所述的激光跟踪仪获取合作靶标的位姿具体为：将激光跟踪仪放置在合作靶标附近(1～2米)，使得其测量精度最高；然后，将激光跟踪仪的合作靶球放置在视觉+激光测量系统的合作靶标上，测量三个点以上即可获得激光跟踪仪坐标系下的合作靶标位姿。
进一步地，步骤(5)中所述的合作靶标第二个位置相对于第一个位置的旋转矩阵和平移矢量的具体计算为
Figure BDA0002815561610000027
本发明和现有技术相比所具有的优点在于：本发明设计了一种有效的相对位姿精度评估方法，该方法简单实用，可以精确评价待评价测量系统的相对精度。同时，本发明还可以推广到其他非接触测量领域的相对精度评估中。该方法已经应用于在轨视觉+激光测量系统的相对评价，为我国在轨测量领域的精度评判提供技术支持和策略保障。
附图说明
图1是本发明一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法的原理示意图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明所述的适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法具体的评价过程如图1所示，其具体过程为：
第一次测量时，假设视觉+激光测量系统坐标系的原点为
Figure BDA0002815561610000028
靶标坐标系的原点为
Figure BDA0002815561610000029
将靶标坐标系的原点变换到视觉+激光测量系统坐标系的原点为，
Figure BDA0002815561610000031
其中，
Figure BDA0002815561610000032
分别为第一个位置下靶标坐标系相对于视觉+激光测量系统坐标系的旋转矩阵和平移矢量，
同样，靶标移动以后，第二次测量时，将靶标坐标系的原点
Figure BDA0002815561610000033
变换到视觉+激光测量系统坐标系原点
Figure BDA0002815561610000034
(相机不动，因此视觉+激光测量系统坐标系原点不变)，
Figure BDA0002815561610000035
其中，
Figure BDA0002815561610000036
T1 C分别为第二个位置下靶标坐标系相对于视觉+激光测量系统坐标系的旋转矩阵和平移矢量，
那么，
Figure BDA0002815561610000037
其中，
Figure BDA0002815561610000038
为
Figure BDA0002815561610000039
的求逆，为第二个位置下视觉+激光测量系统坐标系相对于靶标坐标系的旋转矩阵，
因此，第二次测量时，将视觉+激光测量系统坐标系原点变换到靶标坐标系原点得到的旋转矩阵
Figure BDA00028155616100000310
和平移矢量
Figure BDA00028155616100000311
分别计算如下，
Figure BDA00028155616100000312
将(1)代入(3)得，
Figure BDA00028155616100000313
公式(5)就表示了移动前的靶标坐标系原点
Figure BDA00028155616100000314
与移动后的靶标坐标系原点
Figure BDA00028155616100000315
之间的关系，从而得出，
Figure BDA00028155616100000316
其中，RC，TC分别为视觉+激光测量系统测出的第二个位置下靶标坐标系相对于第一个位置下靶标坐标系的旋转矩阵和平移矢量，
同理，利用激光跟踪仪对靶标进行测量，也可得到移动前的靶标坐标系原点
Figure BDA00028155616100000317
与移动后的坐标系原点
Figure BDA00028155616100000318
之间的关系，从而得出，
Figure BDA00028155616100000319
其中，
Figure BDA00028155616100000320
分别为第一个位置下靶标坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵和平移矢量，
Figure BDA00028155616100000321
分别为第二个位置下靶标坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵和平移矢量，而RL，TL分别为激光跟踪仪测出的第二个位置下靶标坐标系相对于第一个位置下靶标坐标系的旋转矩阵和平移矢量，
分别比较RC、RL和TC、TL，多次测量即可得到视觉+激光测量系统的相对精度。
本发明未具体说明部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法，其特征在于，步骤如下：
步骤(1)：利用视觉+激光测量系统获得第一个位置合作靶标相对于融合后的视觉+激光测量系统的旋转矩阵
Figure FDA0003633774630000011
平移矢量初始值
Figure FDA0003633774630000012
步骤(2)：在合作靶标不动的情况下，利用激光跟踪仪获得合作靶标相对于激光跟踪仪测量系统的旋转矩阵
Figure FDA0003633774630000013
平移矢量初始值
Figure FDA0003633774630000014
步骤(3)：合作靶标移动到下一个位置即第二个位置，视觉+激光测量系统和激光跟踪仪分别获得合作靶标相对于视觉+激光测量系统、激光跟踪仪测量系统两个测量系统的旋转矩阵
Figure FDA0003633774630000015
平移矢量
Figure FDA0003633774630000016
和旋转矩阵
Figure FDA0003633774630000017
平移矢量
Figure FDA0003633774630000018
步骤(4)：通过运算得到第二个位置下视觉+激光测量系统、激光跟踪仪测量系统两个测量系统相对于合作靶标的
Figure FDA0003633774630000019
和
Figure FDA00036337746300000110
其中
Figure FDA00036337746300000111
为视觉+激光测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的旋转矩阵，
Figure FDA00036337746300000112
为视觉+激光测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的平移矢量，同理，其中
Figure FDA00036337746300000113
为激光跟踪仪测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的旋转矩阵，
Figure FDA00036337746300000114
为激光跟踪仪测量系统坐标系相对于合作靶标坐标系的平移矢量；其中，
Figure FDA00036337746300000115
步骤(5)：在视觉+激光测量系统、激光跟踪仪测量系统两个测量系统中，通过运算得到合作靶标第二个位置现对于第一个位置的旋转矩阵、平移矢量为RC、TC和RL、TL；
步骤(5)中所述的合作靶标第二个位置相对于第一个位置的旋转矩阵和平移矢量的具体计算为
Figure FDA00036337746300000116
步骤(6)：比较两个测量系统得到RC、TC和RL、TL，转换为位姿就是合作靶标运动的相对变化量，多次测量可以得到视觉+激光测量系统的相对精度。
2.根据权利要求1所述的一种适用于视觉-激光测量系统的相对位姿测量精度评估方法，其特征在于：步骤(2)中所述的激光跟踪仪获取合作靶标的位姿具体为：将激光跟踪仪放置在合作靶标附近1～2米，使得其测量精度最高；然后，将激光跟踪仪的合作靶球放置在视觉+激光测量系统的合作靶标上，测量三个点以上即可获得激光跟踪仪坐标系下的合作靶标位姿。
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