[发明专利]用于全视角扫描测量系统的靶标空间交会测量方法

说明书

本发明公开了全视角扫描测量系统的外部参数空间交会测量方法。全视角扫描测量系统包括至少两个测量站，每个测量站以多棱镜鼓作为扫描转镜同步扫描获取测量站所面向的测量场的整体空间内的同一被测靶标的图像，该方法包括：对获取的图像进行处理得到同一被测靶标在各测量站坐标系下的图像像素坐标；根据图像像素坐标计算同一被测靶标相对各测量站的方位角度信息；标定系统外部参数，通过外部参数修正测量模型，对同一被测靶标相对各测量站的方位角度信息进行三维坐标解算，得到被测靶标在系统空间坐标系下的经系统外参标定后的空间三维坐标值。该方法用外参补偿测量模型，测量得到的靶标的三维坐标精度较高。

技术领域

本发明涉及空间三维坐标的测量技术领域，尤其涉及一种用于全视角扫描测量系统的靶 标空间交会测量方法。

背景技术

随着大型飞机、载人航天和大型雷达等国家重要工程的快速推进，对大型零件设备的变 形和大空间内物体的运动状态的实时监测技术得到了快速发展。计算机技术、电子技术、光 学技术的日趋完善以及图像处理、模式识别等技术的不断进步已逐渐为大型构件和设备状态 信息的监测提供一定支持。

目前，大型构件和设备状态检测主要包括接触式和非接触式两种。接触式状态检测技术 主要包括：人工采用卡具测量和三坐标测量机。人工采用卡具测量的操作简单、成本低，是 目前生产中较多采用的一种测量方法，但测量效率低、精度差。三坐标测量机是完成三坐标 测量的通用设备，具有很好的测量精度，但测量范围有限。非接触式检测技术主要有激光跟 踪仪、3D激光测距仪、全站仪、经纬仪、视觉检测技术等。激光跟踪仪、3D激光测距仪、 全站仪及经纬仪适于一般现场条件，但普遍存在视场角小、测量效率低，一次只能实现单点 测量，无法实现大型构件或设备的表面信息测量。而且，要利用现有的三维测量系统进行全 视角的测量，则要进行多次不同角度的图像采集，采集完毕后要通过对多次采集到的图像进 行拼接才能形成一幅水平全视角的图像，这个过程采集较为繁琐，图像拼接过程耗时耗力， 从而使得空间三维坐标的求取过程非常耗时，且由于拼接图片过程存在误差，使得空间三维 坐标精度较低。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供全视角扫描测量系统的外部参数空间交会 测量方法，该方法适应于以多棱镜鼓作为扫描转镜的测量站，而且，通过本方法测量得到的 靶标所处的三维坐标精度较高。

发明方案：全视角扫描测量系统的外部参数空间交会测量方法，所述全视角扫描测量系 统包括靶标、测量站、空间三维坐标获取模块，其测量站由八棱镜鼓、单轴转台、线阵相机、 f-θ光学镜头、图像处理模块构成，全视角扫描测量系统至少包含两个测量站，

其特征在于，建立测量坐标系，建立测量坐标系，以左侧测量站的中心为测量坐标系原 点O，线阵相机光轴为X轴，单轴转台的旋转轴线为Z轴，方向向上，Y轴方向通过右手法则得到，标定获取全视角扫描测量系统的外部参数，通过外部参数修正测量模型，利用空间交会测量方法得到被测靶标在测量坐标系下空间三维坐标值。全视角扫描测量系统的外部参 数空间交会测量计算方法如下：

其中，X、Y、Z表示被测靶标在系统空间坐标系下的空间三维坐标， X_l＝cotα_A,X_r＝cotα_B,Z_l＝tanβ_A/sinα_A,Z_r＝tanβ_B/sinα_B，(α_A,β_A)表示同一被测靶标相对左 侧测量站的水平角度和垂直角度，(α_B,β_B)表示同一被测靶标相对右侧测量站的水平角度和垂 直角度，以左侧测量站的坐标系为测量坐标系，右侧测量站的坐标系到测量坐标系的旋转矩 阵表示为R，位移矢量为T，则

通过如下步骤获取旋转矩阵R和位移矢量T：