[发明专利]一种基于热成像技术的三维空间定位装置及方法

权利要求书

1.一种基于热成像技术的三维空间定位装置，其特征在于，包括平台移动装置、移动检测装置和热成像定位装置，其中，

所述平台移动装置包括横向平台（1-1）、横向驱动件（1-2）、升降平台（1-3）和升降驱动件（1-4），所述横向平台（1-1）安装在横向驱动件上，由横向驱动件（1-2）驱动横向平台（1-1）沿X轴方向移动，所述升降驱动件（1-4）安装在所述横向平台（1-1）上，所述升降平台（1-3）安装在所述升降驱动件（1-4）上端，由升降驱动件（1-4）驱动升降平台（1-3）沿Z轴方向移动；

所述移动检测装置包括两根弧形轨道（3-1）、检测平台（3-2）和检测平台移动机构，所述检测平台（3-2）通过检测平台移动机构滑动连接在两根弧形轨道（3-1）之间，且沿弧形轨道（3-1）滑动，两根所述弧形轨道（3-1）对称设置，且每根所述弧形轨道（3-1）的末端通过两块支撑板（3-4）焊接在升降平台（1-3）中央；

所述热成像定位装置包括两台热成像摄像机（4-1）、图像信息识别系统（4-2）及图像处理系统（4-3），两台所述热成像摄像机（4-1）对称固定在检测平台上半部分，所述图像信息识别系统（4-2）和图像处理系统（4-3）均固定设置在检测平台上，且所述图像信息识别系统（4-2）和图像处理系统（4-3）分别通过数据线与两个所述热成像摄像机信息连接；

所述横向驱动件包括两根滑动导轨（2-1）、丝杠（2-2）、丝杠电机（2-3）和两块支架板（2-4），两根所述滑动导轨（2-1）沿X轴相互平行设置在横向平台（1-1）底部两侧，且所述横向平台（1-1）底部与两根所述滑动导轨（2-1）滑动连接，两块所述支架板（2-4）沿X轴对称设置在所述横向平台（1-1）两侧，所述丝杠（2-2）的两端分别与两根所述支架板（2-4）固定连接，且所述丝杠（2-2）与所述滑动导轨（2-1）相互平行，所述丝杠电机（2-3）安装在丝杠（2-2）上，且丝杠电机(2-3)在丝杠(2-2)上运动，所述丝杠电机（2-3）与所述横向平台（1-1）底部通过4个丝杠螺母旋转配合连接；

所述升降驱动件（1-4）为气缸，且所述气缸两端分别与所述横向平台（1-1）顶端和升降平台（1-3）底端连接；

两根弧形轨道（3-1）对称设置，且两根所述弧形轨道（3-1）均为半径为200mm的 1/4圆弧导轨，两根所述弧形轨道（3-1）的顶端通过限位板（3-3）焊接组成，两根所述弧形轨道（3-1）相对的两侧面上设有弧形导向槽（3-7），两根所述弧形轨道（3-1）的背面焊接有沿弧形导轨设置的齿条（3-5）和齿条保护槽（3-6）。

2.根据权利要求1所述的一种基于热成像技术的三维空间定位装置，其特征在于，所述检测平台移动机构包括支撑平台（5-1）、四个滑轮（5-2）、两根支撑杆（5-3）、传动杆（5-4）、两个齿轮（5-5）、检测平台电机，所述支撑平台（5-1）固定焊接在检测平台（3-2）背面，所述传动杆（5-4）转动连接在所述支撑平台（5-1）上，所述传动杆（5-4）两端分别与所述齿轮（5-5）固定连接，两根所述支撑杆（5-3）分别穿设在检测平台（3-2）上下两侧两端，且每根所述支撑杆（5-3）的两端均设有一个滑轮（5-2），所述传动杆（5-4）两端的齿轮（5-5）分别与两根所述弧形轨道（3-1）的齿条（3-5）相互啮合连接，每根所述支撑杆两端的滑轮分别滑动连接在弧形导向槽（3-7）内，所述检测平台电机设置在支撑平台（5-1）内部，且与所述传动杆（5-4）驱动连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于热成像技术的三维空间定位装置，其特征在于，所述横向平台（1-1）为长方体结构；所述升降平台（1-3）为正方体，所述升降平台（1-3）的初始位置设定在可升降范围的最低高度。

4.根据权利要求1所述的一种基于热成像技术的三维空间定位装置，其特征在于，所述滑动导轨（2-1）为工型钢结构。

5.一种基于热成像技术的三维空间定位方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一权利要求所述的一种基于热成像技术的三维空间定位装置实现定位，具体步骤如下：

步骤1：装置检测开始前位于初始位置，所述初始位置为：横向平台（1-1）位于待测汽车尾部左后方，气缸处于长度最短状态，检测平台（3-2）位于弧形轨道（3-1）最高处，检测平台（3-2）上的两台热成像摄像机（4-1）拍摄待测汽车尾部的热力学图像，包括左图像L和右图像R，随后将两台所述热成像摄像机（4-1）拍摄到的热力学图像分别传输至图像信息识别系统（4-2）及图像处理系统（4-3），所述图像信息识别系统（4-2）及图像处理系统（4-3）对接收到的热力学图像进行图像预处理、图像区域分割，并将其与存储的位置热力学图像比对，选择目标图像用于进一步确定待测空间位置的所在位置坐标；

步骤2：所述图像处理系统（4-3）通过张氏标定对处理后的热力学图像左图像L和右图像R进行标定，分别获得相对应的两台热成像摄像机（4-1）的相机内外参数；

步骤3：所述图像处理系统（4-3）通过步骤2获得的相机内外参数，对左图像L和右图像R进行校正从而使左图像L和右图像R去除畸变，将两幅图像极线对齐；

步骤4：针对校正过的左图像L和右图像R，利用并行的SGM算法计算，得到视差图，图像处理系统（4-3）对获得的视差图进行后处理，利用中值滤波的方法去除噪声，计算待测空间位置的相对位置坐标，所述图像处理系统（4-3）将计算出的相对位置坐标通过数据线路传递给横向驱动件（1-2），驱动丝杠电机（2-3）工作从而实现横向平台（1-1）沿x轴方向运动；

步骤5：所述横向驱动件（1-2）开始工作，使横向平台（1-1）从初始位置开始运动，当丝杠电机（2-3）运动至与待测空间位置相同的x轴方向的坐标位置时停止运转，横向平台（1-1）停止移动；

步骤6：所述横向驱动件（1-2）停止工作后，检测平台（3-2）的初始位置位于弧形轨道（3-1）最高处，此时，两台热成像摄像机（4-1）进行拍摄，并将拍摄到的热力学图像传输到图像信息识别系统（4-2）及图像处理系统（4-3），存储的位置热力学图像比对，处理拍摄得到的图像；

步骤7：根据拍摄得到的图像，检测平台移动机构进行运动，检测平台移动机构运行的过程中，两台所述热成像摄像机（4-1）不断拍摄热力学图像，实时依次执行步骤1-3中所述相应的图像预处理、实时标定相对位置坐标，所述图像处理系统（4-3）将计算出的相对位置坐标通过数据线路传递给检测平台电机以及气缸，气缸先进行伸长，当气缸运行至实时标定的z轴方向坐标位置时，控制检测平台电机带动齿轮（5-5）运转，通过齿轮（5-5）、齿条（3-5）啮合，实现检测平台（3-2）的移动，当待测位置空间标定的相对位置距离热成像摄像机（4-1）距离最近时，检测平台电机停止运动，即运动至对应的y、z坐标；

步骤8：找到待测空间位置后，检测平台电机驱动检测平台（3-2）恢复至弧形轨道（3-1）最高处，升降驱动件（1-4）收缩至最短位置，丝杠电机（2-3）回转带动横向平台（1-1）回到初始位置，检测结束。