CN117606430A - 一种基于深度相机测量的方位传递方法 - Google Patents

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申亮亮
司帆
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王彬
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Abstract

本发明公开了一种基于深度相机测量的方位传递方法，采用简单的粗糙表面来表征被测对象的姿态，采用深度相机对粗糙表面成像，建立选定表面的高精度三维模型，在后续的测量中通过与模型拟合来确定所选区域表面相对于深度相机的姿态变化，从而建立了双组合导航设备之间的方位关系。本方法具有精度高、易于实施等优点，解决了两个刚体上双组合导航设备由于位置、朝向不合适而难以建立方位关系的问题。

Description

一种基于深度相机测量的方位传递方法
技术领域
本发明涉及一种方位传递方法，特别是一种基于深度相机测量的方位传递方法。
背景技术
各种导航定位系统中，存在着多种精度的组合导航设备，两者位于不同的刚体上，之间的方位和姿态关系不固定。由于高精度导航定位的需要，存在着建立两者之间方位联系的需求，称之为方位传递。
普通相机只能获取前方场景的平面信息，不能感知自身与前方场景的距离信息。深度相机能够获取场景中各位置到相机中心的距离，其数据获取方式可分为主动方式和被动方式两种。主动方式需要深度相机配备一个特殊的光学发射器发射光信号，经过深度相机接收器接收并处理得到场景的深度信息。被动方式无需配备光学发射器，只接收物体反射的光信号，经过处理得到深度信息。主动式成像方式常用的技术有TOF即Time of flight技术、结构光技术、光编码技术；被动式成像方式常用的技术为双目立体视觉。在导航定位系统应用场景中，由于工作距离、光照适应性、定位精度要求的不同，也存在主、被动成像技术两者融合的情况。当前，某些深度相机的测量精度可以达到相当高的水平，深度方向测量精度在距离0.3m处不低于0.03mm，在距离1.0m不低于0.2mm。
常见的方位传递方法是在两个组合导航设备上本体上安装棱镜或者平面镜，利用经纬仪或者自准直仪对棱镜或者平面镜准直，获得两者的方位差，从而建立起两者的方位联系。由于两个组合导航设备分别安装在两个刚体上，两者位置、朝向不能保证经纬仪或者自准直仪能够同时准直两者的棱镜或者平面镜，此时就无法建立起两者的方位关系。因此，有必要提出一种高精度、易实施的方位传递方法，解决两个刚体上双组合导航设备由于位置、朝向不合适而难以建立方位关系的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于深度相机测量的方位传递方法，解决两个刚体上双组合导航设备由于位置、朝向不合适而难以建立方位关系的问题。
一种基于深度相机测量的方位传递方法的具体步骤为：
第一步 搭建基于深度相机测量的方位传递系统
基于深度相机测量的方位传递系统，包括：组合导航设备A、组合导航设备A棱镜、组合导航设备B、组合导航设备B棱镜、测量基座、深度相机和数据处理模块。
深度相机，包括：左摄像头、右摄像头、光学发射器和标校棱镜，外形呈扁平的长方体形状。
测量基座上有组合导航设备安装孔和成像物面，整体结构根据安装情况设计为异形。成像物面为粗糙的牢固的平面或者弧面，四周刻有一条明显的界线。
数据处理模块的功能为：采集组合导航设备A、深度相机的数据，完成方位解算。
组合导航设备A和组合导航设备B位于不同的刚体上。组合导航设备A棱镜嵌入到组合导航设备A内部台体里。深度相机位于组合导航设备A的上表面并固定连接。数据处理模块位于组合导航设备A的侧面并固定连接。左摄像头位于深度相机的左半侧，右摄像头位于深度相机的右半侧，光学发射器位于深度相机的中间位置。组合导航设备B棱镜嵌入到组合导航设备B内部台体里。组合导航设备B位于测量基座的侧面并固定连接。测量基座的成像物面位于深度相机的视场中央。
第二步 数据处理模块建立坐标系，标定误差矩阵
数据处理模块建立各部组件的坐标系，包括：组合导航设备A坐标系即B1系、组合导航设备A棱镜坐标系即L1系、组合导航设备B坐标系即B2系、组合导航设备B棱镜坐标系即L2系、深度相机坐标系即C系、标校棱镜坐标系即L3、成像物面坐标系即W系和北天东坐标系即N系。
数据处理模块利用高精度标定设备对成像物面界线以内的表面进行采集和建模，对成像物面模型与组合导航设备B棱镜之间的安装误差进行标定，得到成像物面坐标系与组合导航设备B棱镜坐标系之间的误差矩阵对组合导航设备A坐标系与组合导航设备A棱镜坐标系之间的误差矩阵/>组合导航设备A棱镜坐标系与标校棱镜坐标系之间的误差矩阵/>标校棱镜坐标系与深度相机坐标系之间的误差矩阵/>和组合导航设备B棱镜坐标系与组合导航设备B坐标系之间的误差矩阵/>进行标定。
第三步 深度相机拟合成像物面
深度相机通过光学发射器发出测距光或者结构光，覆盖测量基座的成像物面，左摄像头和右摄像头采集返回光，深度相机完成特征提取和匹配，解算成像物面的三维空间坐标，并与成像物面模型进行拟合，得到深度相机坐标系与成像物面坐标系之间变换矩阵
第四步 组合导航设备A开展初始定向
组合导航设备A利用自身的惯性传感器开展初始定向，得到北天东坐标系到组合导航设备A坐标系之间的姿态矩阵
第五步 数据处理模块确定组合导航设备B方位角
数据处理模块根据组合导航设备A的初始定向结果推导组合导航设备B坐标系的姿态矩阵有/>得到组合导航设备B方位角
至此，实现了一种基于深度相机测量的方位传递。
本发明具有精度高、易于实施的优点，解决了两个刚体上双组合导航设备由于位置和朝向不合适而难以建立方位关系的问题。
具体实施方式
一种基于深度相机测量的方位传递方法的具体步骤为：
第一步 搭建基于深度相机测量的方位传递系统
基于深度相机测量的方位传递系统，包括：组合导航设备A、组合导航设备A棱镜、组合导航设备B、组合导航设备B棱镜、测量基座、深度相机和数据处理模块。
深度相机，包括：左摄像头、右摄像头、光学发射器和标校棱镜，外形呈扁平的长方体形状。
测量基座上有组合导航设备安装孔和成像物面，整体结构根据安装情况设计为异形。成像物面为粗糙的牢固的平面或者弧面，四周刻有一条明显的界线。
数据处理模块的功能为：采集组合导航设备A、深度相机的数据，完成方位解算。
组合导航设备A和组合导航设备B位于不同的刚体上。组合导航设备A棱镜嵌入到组合导航设备A内部台体里。深度相机位于组合导航设备A的上表面并固定连接。数据处理模块位于组合导航设备A的侧面并固定连接。左摄像头位于深度相机的左半侧，右摄像头位于深度相机的右半侧，光学发射器位于深度相机的中间位置。组合导航设备B棱镜嵌入到组合导航设备B内部台体里。组合导航设备B位于测量基座的侧面并固定连接。测量基座的成像物面位于深度相机的视场中央。
第二步 数据处理模块建立坐标系，标定误差矩阵
数据处理模块建立各部组件的坐标系，包括：组合导航设备A坐标系即B1系、组合导航设备A棱镜坐标系即L1系、组合导航设备B坐标系即B2系、组合导航设备B棱镜坐标系即L2系、深度相机坐标系即C系、标校棱镜坐标系即L3、成像物面坐标系即W系和北天东坐标系即N系。
数据处理模块利用高精度标定设备对成像物面界线以内的表面进行采集和建模，对成像物面模型与组合导航设备B棱镜之间的安装误差进行标定，得到成像物面坐标系与组合导航设备B棱镜坐标系之间的误差矩阵对组合导航设备A坐标系与组合导航设备A棱镜坐标系之间的误差矩阵/>组合导航设备A棱镜坐标系与标校棱镜坐标系之间的误差矩阵/>标校棱镜坐标系与深度相机坐标系之间的误差矩阵/>和组合导航设备B棱镜坐标系与组合导航设备B坐标系之间的误差矩阵/>进行标定。
第三步 深度相机拟合成像物面
深度相机通过光学发射器发出测距光或者结构光，覆盖测量基座的成像物面，左摄像头和右摄像头采集返回光，深度相机完成特征提取和匹配，解算成像物面的三维空间坐标，并与成像物面模型进行拟合，得到深度相机坐标系与成像物面坐标系之间变换矩阵
第四步 组合导航设备A开展初始定向
组合导航设备A利用自身的惯性传感器开展初始定向，得到北天东坐标系到组合导航设备A坐标系之间的姿态矩阵
第五步 数据处理模块确定组合导航设备B方位角
数据处理模块根据组合导航设备A的初始定向结果推导组合导航设备B坐标系的姿态矩阵有/>得到组合导航设备B方位角
至此，实现了一种基于深度相机测量的方位传递。

Claims (5)

1.一种基于深度相机测量的方位传递方法，其特征在于具体步骤为：
第一步 搭建基于深度相机测量的方位传递系统
基于深度相机测量的方位传递系统，包括：组合导航设备A、组合导航设备A棱镜、组合导航设备B、组合导航设备B棱镜、测量基座、深度相机和数据处理模块。
第二步 数据处理模块建立坐标系，标定误差矩阵
数据处理模块建立各部组件的坐标系，包括：组合导航设备A坐标系即B1系、组合导航设备A棱镜坐标系即L1系、组合导航设备B坐标系即B2系、组合导航设备B棱镜坐标系即L2系、深度相机坐标系即C系、标校棱镜坐标系即L3、成像物面坐标系即W系和北天东坐标系即N系。
数据处理模块利用高精度标定设备对成像物面界线以内的表面进行采集和建模，对成像物面模型与组合导航设备B棱镜之间的安装误差进行标定，得到成像物面坐标系与组合导航设备B棱镜坐标系之间的误差矩阵对组合导航设备A坐标系与组合导航设备A棱镜坐标系之间的误差矩阵/>组合导航设备A棱镜坐标系与标校棱镜坐标系之间的误差矩阵/>标校棱镜坐标系与深度相机坐标系之间的误差矩阵/>和组合导航设备B棱镜坐标系与组合导航设备B坐标系之间的误差矩阵/>进行标定。
第三步 深度相机拟合成像物面
深度相机通过光学发射器发出测距光或者结构光，覆盖测量基座的成像物面，左摄像头和右摄像头采集返回光，深度相机完成特征提取和匹配，解算成像物面的三维空间坐标，并与成像物面模型进行拟合，得到深度相机坐标系与成像物面坐标系之间变换矩阵
第四步组合导航设备A开展初始定向
组合导航设备A利用自身的惯性传感器开展初始定向，得到北天东坐标系到组合导航设备A坐标系之间的姿态矩阵
第五步数据处理模块确定组合导航设备B方位角
数据处理模块根据组合导航设备A的初始定向结果推导组合导航设备B坐标系的姿态矩阵有/>得到组合导航设备B方位角
至此，实现了一种基于深度相机测量的方位传递。
2.根据权利要求1所述的一种基于深度相机测量的方位传递方法，其特征在于所述深度相机，包括：左摄像头、右摄像头、光学发射器和标校棱镜，外形呈扁平的长方体形状。
3.根据权利要求1所述的一种基于深度相机测量的方位传递方法，其特征在于所述测量基座上有组合导航设备安装孔和成像物面，整体结构根据安装情况设计为异形；成像物面为粗糙的牢固的平面或者弧面，四周刻有一条明显的界线。
4.根据权利要求1所述的一种基于深度相机测量的方位传递方法，其特征在于所述组合导航设备A和组合导航设备B位于不同的刚体上。组合导航设备A棱镜嵌入到组合导航设备A内部台体里；深度相机位于组合导航设备A的上表面并固定连接；数据处理模块位于组合导航设备A的侧面并固定连接；左摄像头位于深度相机的左半侧，右摄像头位于深度相机的右半侧，光学发射器位于深度相机的中间位置；组合导航设备B棱镜嵌入到组合导航设备B内部台体里；组合导航设备B位于测量基座的侧面并固定连接；测量基座的成像物面位于深度相机的视场中央。
5.根据权利要求1所述的一种基于深度相机测量的方位传递方法，其特征在于所述数据处理模块的功能为：采集组合导航设备A和深度相机的数据，完成方位解算。
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