[发明专利]一种密闭浮空气球位置姿态光学测量系统及测量方法

说明书

一种密闭浮空气球位置姿态光学测量系统及测量方法，采用光学测量的方法对密闭浮空气球的运动位置和姿态进行精确测量。根据标定合作标志点在基准坐标系下的三维坐标和在组网相机阵列中成像的像点坐标获得组网相机阵列中相机的内参数、相对于基准坐标系的外参数及像差系数。采用同步触发的方式触发组网相机阵列中的相机同步采集图片，根据密闭浮空气球云台板外侧上目标合作标志点在密闭浮空气球坐标系下的三维坐标、成像的像点坐标结合内参数、外参数以及像差系数通过数据处理得到密闭浮空气球相对于基准坐标系的位置和姿态。本发明采用光学测量的方法，对密闭浮空气球在风、雨作用下运动的位置、姿态参数进行精确测量。

技术领域

本发明涉及一种密闭浮空气球位置姿态光学测量系统及测量方法，属于测量测试领域。

背景技术

密闭浮空气球一般悬浮在大型庆典的会场上空，内部充入氦气等密度小于空气的惰性气体，通过系留绳与地面固定装置连接，多用于烘托现场气氛。为保证其在使用过程中的安全性和可靠性，需对其在风、雨等天气状况下的运动情况进行测量和分析。目前，国内在密闭浮空气球位置姿态测量方面的研究成果几乎没有。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提出一种密闭浮空气球位置姿态光学测量技术，解决了密闭浮空气球位置姿态测量的问题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种密闭浮空气球位置姿态光学测量系统，包括：成像模块、合作标志点模块、风速风向测量模块以及数据处理模块；

成像模块：通过组网相机阵列对密闭浮空气球在风作用下的运动过程及标定合作标志点进行同步成像，并将运动目标成像结果传输给数据处理模块；

合作标志点模块：将目标合作标志点布设在密闭浮空气球云台板外侧，在密闭浮空气球充气后且目标合作标志点位置确定后，通过全站仪测点和坐标转换获得目标合作标志点在密闭浮空气球所在坐标系下的三维坐标，并将其传输给数据处理模块；

将标定合作标志点布设在密闭浮空气球运动范围周围，且位于组网相机阵列的观测视场内，当其位置确定后，通过全站仪测点获得标定合作标志点在基准坐标系下的三维坐标，并将其传输给数据处理模块；

风速风向测量模块：测量密闭浮空气球升空后其所在位置的风速及风向，并将其传输给数据处理模块；

数据处理模块：标定组网相机阵列中相机的内参数、相对于基准坐标系的外参数及像差系数；解算在风速风向作用下，密闭浮空气球相对基准坐标系的相对位置和姿态。

进一步的，组网相机阵列包括4台可同步触发的测量相机，相邻2台测量相机的成像夹角为90°左右；每台测量相机的俯仰视场角为60°，俯仰视场角的下边缘与水平方向的夹角为15°；4台测量相机环绕充气升空后的密闭浮空气球放置，保证密闭浮空气球及其运动范围在相邻2台测量相机的公共视场之内。

进一步的，目标合作标志点和标定合作标志点均采用方形或圆形黑白对角标志，目标合作标志点或标定合作标志点的物理尺寸由单台相机成像视场大小和组网相机阵列分辨率确定，1个标志点在图像上的占比不小于100个像素。

进一步的，目标合作标志点布设在密闭浮空气球的云台板外侧，每90°范围内无规律布设6个以上目标合作标志点，且目标合作标志点的黑白对角中心位置不共线；

布设标定合作标志点时，在密闭浮空气球运动范围周围分散无规律异面布设若干个标定合作标志点，且在测量相机的视场之内。

进一步的，在密闭浮空气球充气且密闭封口后，将该密闭浮空气球通过系留绳固定在地面上，使之保持不动；利用全站仪测点，通过坐标系转换得到目标合作标志点黑白对角中心在密闭浮空气球所在坐标系下的空间三维坐标。

对全站仪建站，将其站设立在基准坐标系下，当标定合作标志点位置确定后，利用全站仪测点获得标定合作标志点黑白对角中心在基准坐标系下的空间坐标。