CN117781873A - 一种六自由度测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种六自由度测量系统及测量方法。该六自由度测量系统包括相机、棱镜和靶标；所述棱镜的光轴与相机视轴同轴设置；所述靶标安装于被测目标上，并设置于相机和棱镜的组合视场内；所述靶标包括安装座和安装于安装座上的主轴，主轴上设有固定板；所述固定板上固定连接有环形套筒，环形套筒外安装有电机；所述电机的主轴穿过环形套筒并与传动件连接，传动件上设有滚轮，滚轮连接有滑块，在电机的驱动下滑块通过滚轮能由环形套筒中心向边缘径向滑动；所述主轴的顶部安装有主标志点，滑块的顶部安装有辅助标志点。与现有技术相比，本发明可以实现无标定条件下目标的六自由度位姿测量，提升测量系统的适应性。
Description
技术领域
本发明属于空间几何测量技术领域，尤其是涉及一种六自由度测量系统及测量方法。
背景技术
随着智能制造的发展，制造装备的运动工况信息提取是智能制造的关键反馈环节。测试系统作为信息提取的关键感知者，直接决定着制造系统的工作精度。目前用于工业现场六自由度测量装置通常整机组成复杂、配置空间大、系统标定复杂，难以在工业生产中广泛应用。
中国专利CN107246866A公开了一种高精度六自由度测量系统及方法，采用两个倾角传感器和视觉成像系统测量被测目标位姿，两个倾角传感器需与特征点靶标固装在被测目标上，测量装置一定程度上对待测目标的作业造成影响，且系统安装复杂，成本高。
在先技术(G.Schweighofer and A.Pinz,“Globally optimal o(n)solution tothe pnp problem for general camera models.”in BMVC,2008,pp.1-10；Zheng Y,Sugimoto S,Okutomi M.ASPnP:An Accurate and Scalable Solution to thePerspective-n-Point Problem[J].Ice Transactions on Information&Systems,2013,E96.D(7):1525-1535.)提出一种六自由度视觉测量方法，可实现对待测目标的非接触测量，但无法满足无标定条件下的工业现场测量需求。
因此，仍待开发一种新型的六自由度测量系统及测量方法，以实现无标定条件下目标的六自由度位姿测量。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种六自由度测量系统及测量方法，以实现无标定条件下目标的六自由度位姿测量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种六自由度测量系统，包括相机、棱镜和靶标；所述棱镜的光轴与相机视轴同轴设置；所述靶标安装于被测目标上，并设置于相机和棱镜的组合视场内；
所述靶标包括安装座和安装于安装座上的主轴，主轴上设有固定板；所述固定板上固定连接有环形套筒，环形套筒外安装有电机；
所述电机的主轴穿过环形套筒并与传动件连接，传动件上设有滚轮，滚轮连接有滑块，在电机的驱动下滑块通过滚轮能由环形套筒中心向边缘径向滑动；
所述主轴的顶部安装有主标志点，滑块的顶部安装有辅助标志点。
进一步地，所述传动件包括与电机主轴连接的主动锥齿轮和与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮，从动锥齿轮与驱动套固定连接。
进一步地，所述驱动套开设有螺旋槽，滚轮的一端设置于螺旋槽内，滚轮的另一端与滑块连接。
本发明还提供一种利用上述测量系统的六自由度位姿测量方法，包括以下步骤：
S1：将相机和棱镜设置在被测目标前方，靶标安装于被测目标上，靶标处于相机与棱镜的组合视场内；
S2：构建真实相机坐标系Oc-XcYcZc、虚拟相机坐标系Ovc-XvcYvcZvc、棱镜坐标系Op-XpYpZp和世界坐标系Ow-XwYwZw；
S3：将棱镜旋转角度设置到初始位置，相机捕获标志点的像点；
S4：确定空间中的标志点与虚拟像点关系，构建物像共线方程，并初步确定虚拟相机的焦距f；
S5：根据焦距f并采用位姿估计方法确定世界坐标系相对虚拟相机的旋转矩阵Rvw和平移矩阵tvw，并初步提取虚拟相机的畸变系数和/>旋转n次棱镜后构建代价函数进行最大似然估计，并获取最优值；
S6：确定虚拟相机相对真实相机的旋转关系和平移关系，并确定被测目标在真实相机坐标系下的位姿。
进一步地，步骤S4中，空间中的标志点与虚拟像点具体存在以下关系：
其中，αij为齐次重心坐标，为第i个特征点在相机坐标系下坐标，fx，fy为横向与纵向的等效焦距；/>为虚拟控制点/>在相机坐标系下的坐标，(ui，vi)为虚拟控制点/>的图像坐标，s为图像水平轴与竖直轴的不垂直因子，(Cx，Cy)为相机主点。
更进一步地，fx，fy为横向与纵向的等效焦距，由像素横纵比决定，接近于1，因此可近似认为fx＝fy＝f。
进一步地，其中第i个特征点的尺度因子为通过n个控制点可得到2n个线性方程组：
令j＝1,2,3,4，X可用该方程组的基础解系线性表示，则X＝βξ，ξ＝[η1,η2,η3,η4]T，ηj＝[ηj1,ηj2,ηj3]T；
进一步地，所述虚拟相机的焦距f根据下式确定：
其中，B＝β2，采用最小二乘法可获得A和B，进一步可得/>
进一步地，步骤S4中，成像光线f(τ)可由下式确定：
f(τ)＝Ki,j+τLi,j
其中，τ为参数；
第i个视角下，第j个标志点投影矢量光线与棱镜的出射点Ki,j可通过下式获得：
其中，D为相机光心到棱镜平面的距离，tp为棱镜的厚度，t0，t1为参数，θ为棱镜转角，α为棱镜楔角；
第i个视角下，第j个标志点投影矢量光线Li,j可通过下式获得：
其中，nr为棱镜折射率， 为棱镜旋转到第i个位置时，第j个像点，N1和N2分别为棱镜第一和二平面的法向量；
所述位姿估计方法使用的算法包括正交迭代法(LHM)、精确高效位姿解算方法(EPnP)、鲁棒位姿估计方法(RPnP)、最小二乘直接法(DLS)、最优位姿估计方法(OPnP)、精准变尺度位姿估计方法(ASPnP)、全局最优位姿估计方法(SDP)、快速位姿估计方法(EPPnP)中的一种。
进一步地，步骤S5中，初步提取虚拟相机的畸变系数和/>的具体步骤为：
结合所有合作特征点构建线性方程组：
其中，(udi,vdi)为第i个畸变像点坐标，和/>为dx和dy相应的拟合项系数，f为焦距，Rvw和tvw分别为世界坐标系相对虚拟相机的旋转矩阵和平移矩阵，Rvw(1,:)为Rvw的第一行，Rvw(2,:)为Rvw的第二行，Rvw(3,:)为Rvw的第三行，(tx,ty,tz)为tvw的坐标，采用最小二乘法解算该方程组，获得/>和/>
进一步地，最大似然估计的具体步骤为：
旋转n次棱镜，采集n副合作目标图像，每副图像具有s个特征点，以最小化每个特征点的重投影误差为目标，构建代价函数：
其中，pij为第i副图像的第j个特征点的实际像点，是第i副图像的第j个特征点在像面的投影点；
以Rvw、tvw、f、Cx、Cy、和/>为初值，采用列文伯格-马夸尔特算法获取最优值。
进一步地，步骤S6中，虚拟相机相对真实相机的旋转Rcv为：
Rcv＝Ap+(I-Ap)cosρ+Bpsinρ
其中，ρ为视轴的俯仰角，I为三阶单位矩阵，Ap和Bp分别为：
其中，为视轴的方位角；
进一步地，步骤S6中，获取虚拟相机相对真实相机的平移tcv的具体步骤为：
构建Ovc相对所有成像光线的误差代价函数：
其中，γ为与/>之间的夹角；
采用列文伯格-马夸尔特算法解算该代价函数，获得Ovc在Oc-XcYcZc下的坐标，即tcv；
进一步地，步骤S6中，被测目标在真实相机坐标系下的位姿可表示为：
式中，为虚拟相机坐标系相对真实相机坐标系的转换矩阵，/>为被测目标坐标系相对虚拟相机坐标系的转换矩阵，即合作目标在虚拟相机坐标系下的位姿。
进一步地，步骤S6后还包括：
S7：精确性提升，建立物方残差平方和最小化函数：
以步骤S6确定的R和t和步骤S5确定的f为初值，采用列文伯格-马夸尔特算法解算该非线性方程组。
进一步地，步骤S7后还包括：
S8：鲁棒性提升，旋转棱镜调整相机视轴，对控制点多次观测获得多组R和t，融合多组旋转和平移信息，采用最小化弦距离范数，将多组旋转融合问题转换为：
其中为在第i次观测时由步骤S6获得的旋转R，得到问题的最优解为：
R＝UDVT
其中，U和V满足M＝UΣVT，M被定义为D＝dig(1,1，det(UVT))，采用多次观测获得平移和焦距的均值作为最终平移和焦距估计结果：
其中，为第i次观测时由步骤S6获得的平移，/>为第i次观测时由步骤S5获得的焦距。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明设计了由单个相机、棱镜和靶标组成的测试系统，使用时只需要将靶标设置在相应的被测物体上即可实现测量；同时本发明充分利用多视角先验信息，实现了无标定条件下的目标位姿估计，完成了对无标定条件下目标的六自由度位姿测量。
(2)本发明通过采用了基于旋转棱镜的姿态平均解算方法和物方残差解算方法进行测量计算，可降低光照、振动等噪声对测量的影响，具有较高的测量精度和鲁棒性。
(3)本发明仅靠单动力源即可实现标志点的x和y方向的同步调整，靶标可主调配置空间，改变标志点在空间的分布情况，适应空间受限的测量场景。
(4)本发明采用相机与棱镜结合，仅单相机即可实现多相机多视角观测测量，具有配置形式紧凑、控制方便灵活、精准视轴指向，可自适应调整观测视角等优势。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为本发明靶标的主剖视图。
图3为虚拟相机位姿解算原理图。
图4为虚拟相机相对真实相机的位姿解算原理图。
图中标记说明：
1-相机，2-棱镜，3-靶标，31-安装座，32-主轴，321-主标志点，33-固定板，34-环形套筒，35-驱动件，36-传动件，361-主动锥齿轮，362-从动锥齿轮，363-驱动套，37-滚轮，38-滑块，381-辅助标志点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本发明中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
实施例1：
本实施例提供一种六自由度测量系统，其包括相机1、棱镜2和靶标3。棱镜2的光轴与相机1视轴同轴设置，靶标3安装于被测目标上并设置于相机1和棱镜2的组合视场内。
靶标3包括安装座31和安装于安装座31上的主轴32，主轴32上设有固定板33。固定板33上固定连接有环形套筒34，环形套筒34外安装有驱动件35，本实施例中的驱动件35为电机。驱动件35的主轴穿过环形套筒34并与传动件36连接，传动件36上设有滚轮37。具体地，传动件36包括与电机主轴连接的主动锥齿轮361和与主动锥齿轮361啮合的从动锥齿轮362，从动锥齿轮362与驱动套363固定连接。驱动套363开设有螺旋槽，滚轮37的一端设置于螺旋槽内，滚轮37的另一端与滑块38连接。主轴32的顶部安装有主标志点321，滑块38的顶部安装有辅助标志点381。在电机的驱动下滑块38通过滚轮37能由环形套筒34中心向边缘径向滑动。
实施例2：
本实施例提供一种六自由度测量系统以及利用该系统进行的六自由度位姿测量方法。
如图1所示，六自由度测量系统包括相机1、棱镜2和靶标3，相机1视轴与棱镜2光轴同轴布置，靶标3设置在相机1与棱镜2的组合视场内。
如图2所示，靶标3包括安装座31、主轴32、固定板33、环形套筒34、电机、主动锥齿轮361、从动锥齿轮362、驱动套363、滚轮37、滑块38、主标志点321和辅助标志点381。
主轴32安装在安装座31上，主轴32依次穿过固定板33、从动锥齿轮362和驱动套363，主轴32顶端安装主标志点321。固定板33与主轴32固定连接，固定板33与环形套筒34固定连接，电机固定在环形套筒34上，电机的主轴穿过环形套筒34与主动锥齿轮361固定，主动锥齿轮361与从动锥齿轮362啮合，从动锥齿轮362与驱动套363固定连接，驱动套363设置于有螺旋槽，滚轮37一端设置在螺旋槽内，另一端与滑块38固定连接，多个滑块38与环形套筒34滑动连接，可由环形套筒34中心向边缘径向滑动。
本实施例的六自由度位姿测量方法具体步骤如下：
S1.将测量装置设置在被测目标的前方，靶标3固装于被测目标上，靶标3处于相机1与棱镜2的组合视场内；
S2.构建真实相机坐标系Oc-XcYcZc、虚拟相机坐标系Ovc-XvcYvcZvc、棱镜坐标系Op-XpYpZp和世界坐标系Ow-XwYwZw。
S3.将棱镜旋转角度设置到初始位置，相机1捕获标志点像点；
S4.确定空间点与虚拟像点关系。如图3所示，根据几何关系，空间中任意标志点都可通过四个非共面的虚拟控制点线性表示，结合透视投影模型，任意一个空间点和成像点存在以下关系：
其中，αij为齐次重心坐标，为第i个特征点在相机坐标系下坐标，fx，fy为横向与纵向的等效焦距，由像素横纵比决定，接近于1。因此可近似认为fx＝fy＝f。为虚拟控制点/>在相机坐标系下的坐标，(ui，vi)为虚拟控制点/>的图像坐标。S取0。(Cx，Cy)取(0，0)。
S5.构建物像共线方程。第i个特征点的尺度因子为通过n个控制点可得到2n个线性方程组：
令j＝1,2,3,4，X可用该方程组的基础解系线性表示，即βi为未知系数，ξi为N个零特征值对应的特征向量。由于成像模型为透视投影模型，那么N＝1，则X＝βξ，ξ＝[η1,η2,η3,η4]T，/>
S6.虚拟相机焦距初步确定。根据欧式变换的两个坐标系存在保矩性，即则，
其中，B＝β2，采用最小二乘法可获得A和B，进一步可得/>
S7.确定世界坐标系相对虚拟相机的旋转矩阵Rvw和平移矩阵tvw。以步骤S6确定的焦距f，采用位姿估计方法确定Rvw和tvw；
步骤S7所述成像光线f(τ)，可由下式确定：
f(τ)＝Ki,j+τLi,j
其中，τ为参数。根据几何关系可知，第i个视角下，第j个标志点投影矢量光线与棱镜的出射点Ki,j可通过下式获得：
其中，D为相机光心到棱镜平面的距离，tp为棱镜的厚度，t0，t1为参数，θ为棱镜转角，α为棱镜楔角。第i个视角下，第j个标志点投影矢量光线Li,j可通过下式获得：
其中，nr为棱镜折射率。 为棱镜旋转到第i个位置时，第j个像点，N1和N2分别为棱镜第一和二平面的法向量。
其中，确定Rvw和tvw用到的位姿解算算法为LHM、EPnP、RPnP、DLS、OPnP、ASPnP、SDP、PPnP及EPPnP中任一种。
S8.虚拟相机的畸变系数初步提取。结合所有合作特征点构建线性方程组：
其中，(udi,vdi)为第i个畸变像点坐标，和/>为dx和dy相应的拟合项系数，f为焦距，Rvw和tvw分别为世界坐标系相对虚拟相机的旋转矩阵和平移矩阵，Rvw(1,:)为Rvw的第一行，Rvw(2,:)为Rvw的第二行，Rvw(3,:)为Rvw的第三行，(tx,ty,tz)为tvw的坐标，采用最小二乘法解算该方程组，获得/>和/>
S9.最大似然估计。旋转n次棱镜，采集n副合作目标图像，每副图像具有s个特征点。以最小化每个特征点的重投影误差为目标，构建代价函数：
其中，pij为第i副图像的第j个特征点的实际像点，是第i副图像的第j个特征点在像面的投影点。以步骤S6、S7和S9确定的Rvw、tvw、f、Cx、Cy、/>和/>为初值，采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)算法获取最优值；
S10.虚拟相机相对真实相机的旋转关系确定。如图4所示，根据Rodrigues旋转公式，视轴旋转变换矩阵，即虚拟相机相对真实相机的旋转Rcv：
Rcv＝Ap+(I-Ap)cosρ+Bpsinρ
其中，ρ为视轴的俯仰角，I为三阶单位矩阵，Ap和Bp分别为：
其中， 为视轴的方位角；
S11.虚拟相机相对真实相机的平移关系确定。如图4所示，虚拟相机光心相对真实相机光心的平移tcv，即虚拟相机的光心Ovc在真实相机坐标系下的坐标。构建Ovc相对所有成像光线的误差代价函数：
其中，γ为与/>之间的夹角。采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)算法解算该代价函数，获得Ovc在Oc-XcYcZc下的坐标，即tcv；
S12.确定目标位姿。如图3和4所示，目标在真实相机坐标系下的位姿可表示为：
式中，为虚拟相机坐标系相对真实相机坐标系的转换矩阵，/>为被测目标坐标系相对虚拟相机坐标系的转换矩阵，即合作目标在虚拟相机坐标系下的位姿；
S13.精确性提升。由于噪声影响存在一定的物方残差：
eij＝f(τ)-(R·pw+t)
考虑到所有视角下的所有特征点，建立物方残差平方和最小化函数：
以步骤S12确定的R和t和步骤S7确定的f为初值，采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)算法解算该非线性方程组，实现R和t的精度提升；
S14.鲁棒性提升。旋转棱镜调整相机视轴，对控制点多次观测，采用步骤S3-S13获得多组R和t，融合多组旋转和平移信息，采用最小化弦距离范数，将多组旋转融合问题转换为：
其中，为在第i次观测时由步骤S12获得的旋转。该问题的最优解为：
R＝UDVT
其中，U和V满足M＝UΣVT，M被定义为采用多次观测获得平移和焦距的均值作为最终平移和焦距估计结果：
其中，为第i次观测时由步骤S12获得的平移,/>为第i次观测时由步骤S7获得的焦距。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种六自由度测量系统，其特征在于，包括相机(1)、棱镜(2)和靶标(3)；所述棱镜(2)的光轴与相机(1)视轴同轴设置；所述靶标(3)安装于被测目标上，并设置于相机(1)和棱镜(2)的组合视场内；
所述靶标(3)包括安装座(31)和安装于安装座(31)上的主轴(32)，主轴(32)上设有固定板(33)；所述固定板(33)上固定连接有环形套筒(34)，环形套筒(34)外安装有驱动件(35)；
所述驱动件(35)的主轴穿过环形套筒(34)并与传动件(36)连接，传动件(36)上设有滚轮(37)，滚轮(37)连接有滑块(38)，在驱动件(35)的驱动下滑块(38)通过滚轮(37)能由环形套筒(34)中心向边缘径向滑动；
所述主轴(32)的顶部安装有主标志点(321)，滑块(38)的顶部安装有辅助标志点(381)。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度测量系统，其特征在于，所述传动件(36)包括与电机(35)主轴连接的主动锥齿轮(361)和与主动锥齿轮(361)啮合的从动锥齿轮(362)，从动锥齿轮(362)与驱动套(363)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种六自由度测量系统，其特征在于，所述驱动套(363)设有螺旋槽，滚轮(37)的一端设置于螺旋槽内，滚轮(37)的另一端与滑块(38)连接。
4.一种利用权利要求1所述测量系统的六自由度位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将相机(1)和棱镜(2)设置在被测目标前方，靶标(3)安装于被测目标上，靶标(3)处于相机(1)与棱镜(2)的组合视场内；
S2：构建真实相机坐标系Oc-XcYcZc、虚拟相机坐标系Ovc-XvcYvcZvc、棱镜坐标系Op-XpYpZp和世界坐标系Ow-XwYwZw；
S3：将棱镜(2)旋转角度设置到初始位置，相机(1)捕获标志点的像点；
S4：确定空间中的标志点与虚拟像点关系，构建物像共线方程，并初步确定虚拟相机的焦距f；
S5：根据焦距f并采用位姿估计方法确定世界坐标系相对虚拟相机的旋转矩阵Rvw和平移矩阵tvw，并初步提取虚拟相机的畸变系数和/>旋转n次棱镜(2)后构建代价函数进行最大似然估计，并获取最优值；
S6：确定虚拟相机相对真实相机的旋转关系和平移关系，并确定被测目标在真实相机坐标系下的位姿。
5.根据权利要求4所述的一种六自由度位姿测量方法，其特征在于，步骤S4中，空间中的标志点与虚拟像点具体存在以下关系：
其中，αij为齐次重心坐标，Pi c(Pi cx,Pi cy,Pi cz)为第i个特征点在相机坐标系下坐标，fx，fy为横向与纵向的等效焦距；为虚拟控制点/>在相机坐标系下的坐标，(ui，vi)为虚拟控制点/>的图像坐标，s为图像水平轴与竖直轴的不垂直因子，(Cx，Cy)为相机主点；
其中第i个特征点的尺度因子为通过n个控制点可得到2n个线性方程组：
令X可用该方程组的基础解系线性表示，则X＝βξ，ξ＝[η1,η2,η3,η4]T，ηj＝[ηj1,ηj2,ηj3]T；
所述虚拟相机的焦距f根据下式确定：
其中，B＝β2，采用最小二乘法可获得A和B，进一步可得/>
6.根据权利要求4所述的一种六自由度位姿测量方法，其特征在于，步骤S4中，成像光线f(τ)由下式确定：
f(τ)＝Ki,j+τLi,j
其中，τ为参数；
第i个视角下，第j个标志点投影矢量光线与棱镜的出射点Ki,j可通过下式获得：
其中，D为相机光心到棱镜平面的距离，tp为棱镜的厚度，t0，t1为参数，θ为棱镜转角，α为棱镜楔角；
第i个视角下，第j个标志点投影矢量光线Li,j可通过下式获得：
其中，nr为棱镜折射率， 为棱镜旋转到第i个位置时，第j个像点，N1和N2分别为棱镜第一和二平面的法向量；
所述位姿估计方法使用的算法包括LHM、EPnP、RPnP、DLS、OPnP、ASPnP、SDP、PPnP或EPPnP中的一种。
7.根据权利要求4所述的一种六自由度位姿测量方法，其特征在于，步骤S5中，初步提取虚拟相机的畸变系数和/>的具体步骤为：
结合所有合作特征点构建线性方程组：
其中，(udi,vdi)为第i个畸变像点坐标，和/>为dx和dy相应的拟合项系数，f为焦距，Rvw和tvw分别为世界坐标系相对虚拟相机的旋转矩阵和平移矩阵，Rvw(1,:)为Rvw的第一行，Rvw(2,:)为Rvw的第二行，Rvw(3,:)为Rvw的第三行，(tx,ty,tz)为tvw的坐标，采用最小二乘法解算该方程组，获得/>和/>
最大似然估计的具体步骤为：
旋转n次棱镜，采集n副合作目标图像，每副图像具有s个特征点，以最小化每个特征点的重投影误差为目标，构建代价函数：
其中，pij为第i副图像的第j个特征点的实际像点，是第i副图像的第j个特征点在像面的投影点；
以Rvw、tvw、f、Cx、Cy、和/>为初值，采用列文伯格-马夸尔特算法获取最优值。
8.根据权利要求4所述的一种六自由度位姿测量方法，其特征在于，步骤S6中，虚拟相机相对真实相机的旋转Rcv为：
Rcv＝Ap+(I-Ap)cosρ+Bpsinρ
其中，ρ为视轴的俯仰角，I为三阶单位矩阵，Ap和Bp分别为：
其中， 为视轴的方位角；
获取虚拟相机相对真实相机的平移tcv的具体步骤为：
构建Ovc相对所有成像光线的误差代价函数：
其中，γ为与/>之间的夹角；
采用列文伯格-马夸尔特算法解算该代价函数，获得Ovc在Oc-XcYcZc下的坐标，即tcv；
被测目标在真实相机坐标系下的位姿可表示为：
式中，为虚拟相机坐标系相对真实相机坐标系的转换矩阵，/>为被测目标坐标系相对虚拟相机坐标系的转换矩阵，即合作目标在虚拟相机坐标系下的位姿。
9.根据权利要求8所述的六自由度位姿测量方法，其特征在于，步骤S6后还包括：
S7：精确性提升，建立物方残差平方和最小化函数：
以步骤S6确定的R和t和步骤S5确定的f为初值，采用列文伯格-马夸尔特算法解算该非线性方程组。
10.根据权利要求9所述的一种六自由度位姿测量方法，其特征在于，步骤S7后还包括：
S8：鲁棒性提升，旋转棱镜(2)调整相机(1)视轴，对控制点多次观测获得多组R和t，融合多组旋转和平移信息，采用最小化弦距离范数，将多组旋转融合问题转换为：
其中为在第i次观测时由步骤S6获得的旋转R，得到问题的最优解为：
R＝UDVT
其中，U和V满足M＝UΣVT，M被定义为D＝dig(1,1，det(UVT))，采用多次观测获得平移和焦距的均值作为最终平移和焦距估计结果：
其中，为第i次观测时由步骤S6获得的平移，/>为第i次观测时由步骤S5获得的焦距。
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|---|---|---|---|
| CN202311850343.2A CN117781873A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种六自由度测量系统及测量方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2023
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