[发明专利]一种光电位置传感器与单目视觉组合姿态测量系统及方法

摘要

本发明提供了一种光电位置传感器与单目视觉组合姿态测量系统及方法，包括：合作目标、单目视觉测量单元、激光跟踪测量单元以及计算单元；其中，所述合作目标固定设置在被测物上，所述单目视觉测量单元和所述激光跟踪测量单元分别固定设置在预设位置；通过将合作目标中四个特征靶标点分别设置在特定位置，在测量时利用单目视觉测量单元获取其中三个处于1/4圆弧上的特征靶标点的纵向投影比，进而根据该纵向投影比获取合作目标的滚动角度，最终计算得到合作目标相对于三维测量系统对应的第三坐标系的姿态角，即得到被测物的姿态角，该滚动角测量方法克服了现有技术中存在横滚角测量响应慢、更新率低等问题，提高了整个测量系统的动态测量性能。

主权项

1.一种光电位置传感器与单目视觉组合姿态测量系统，其特征在于，包括：合作目标、单目视觉测量单元、激光跟踪测量单元以及计算单元；其中，/n所述合作目标固定设置在被测物上，所述单目视觉测量单元和所述激光跟踪测量单元分别固定设置在预设位置；/n所述合作目标包括二维PSD模块、角锥棱镜以及四个特征靶标点；所述二维PSD模块包括二维PSD和数据处理子模块，所述角锥棱镜的透光面与所述二维PSD的感光面平行，且所述角锥棱镜的顶点与所述二维PSD的感光面相距预设距离设置，所述角锥棱镜的顶点处开有透光孔，所述激光跟踪测量单元发射的激光束经所述角锥棱镜的透光面后再通过所述透光孔打在所述二维PSD的感光面上形成光斑，所述四个特征靶标点构成的平面与所述二维PSD的感光面平行，所述四个特征靶标点分为第一特征靶标点、第二特征靶标点、第三特征靶标点以及第四特征靶标点，所述第一特征靶标点和所述第三特征靶标点分别设置在预设1/4圆弧的两个端点，所述第二特征靶标点设置在所述预设1/4圆弧的中点，所述第一特征靶标点到所述第三特征靶标点之间连线的长度与所述第二特征靶标点到所述第四特征靶标点之间连线的长度的比值为预设值；/n所述数据处理子模块用于获取所述光斑在第一坐标系中的坐标；其中，所述第一坐标系为处在所述感光面上的二维坐标系；/n所述单目视觉测量单元用于通过所述四个特征靶标点获取所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度；其中，所述第二坐标系为原点与所述角锥棱镜的顶点重合的三维坐标系，且所述第二坐标系的Z轴通过所述第一坐标系的原点，所述第二坐标系的Z轴垂直于所述二维PSD的感光面；/n所述激光跟踪测量单元用于获取所述角锥棱镜的顶点在第三坐标系中的坐标；其中，所述第三坐标系为所述激光跟踪测量单元的测量坐标系；/n所述计算单元用于根据所述光斑在第一坐标系中的坐标和所述预设距离，获取所述光斑在所述第二坐标系中的坐标；根据所述角锥棱镜的顶点在第三坐标系中的坐标，获取所述激光束在所述第三坐标系中对应的第一空间向量，根据所述光斑在所述第二坐标系中的坐标，获取所述激光束在所述第二坐标系中对应的第二空间向量；根据所述第一空间向量、所述第二空间向量以及所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度，获取所述合作目标在所述第三坐标系的姿态角，即得到所述被测物的姿态角；/n其中，所述单目视觉测量单元具体用于：/n在进行姿态角测量前，利用所述单目视觉单元的相机采集所述合作目标在水平状态下所述四个特征靶标点的第一图像，在进行姿态角测量时，利用所述单目视觉单元的相机采集所述四个特征靶标点的第二图像；/n根据所述第一图像和所述第二图像获取所述第一特征靶标点、所述第二特征靶标点及所述第三特征靶标点的纵向投影比；/n根据所述纵向投影比，得到所述合作目标在所述第二坐标系中的滚动角度；/n所述纵向投影比的计算公式如下：/nl＝(y