[发明专利]标志点正交分光成像位姿测试方法及传感器

说明书

技术领域

本发明涉及位姿传感器，尤其适用于高速大范围高精度位姿测量中。具体讲涉及标志点正交分光成像位姿测试方法及传感器。 

技术背景

单目视觉位姿传感器可以实现大测量视场角测量，但是面阵CCD在数据采集的过程中数据量比较大，大大限制了面阵CCD进行位姿测量过程中图像数据的采集速度。而通常位姿测量过程中都只使用4-6个空间特征点，在摄像机像面上占的像素很少，这种结构对面阵CCD上数据的利用率比较低。同时，面阵CCD像素的分辨率也限制了空间位姿测量的精度。 

线阵CCD可以实现高速高分辨率的数据采集。然而，线阵CCD的特殊结构只能完成一维测量。为实现三维位姿测量，现有技术是将几个线阵CCD结合，但是在这种基于多线阵CCD的位姿测量过程中，特征点必须在多个线阵CCD的公共视场之内，大大限制了多线阵CCD位姿测量系统的测量范围。 

发明内容

为克服现有技术的不足，克服多线阵CCD位姿测量系统在测量范围上的限制，解决现有单目位姿测量和多线阵CCD位姿测量传感器中存在的测量速度、测量精度和测量范围的矛盾，实现大范围、高精度、快速的单目视觉位姿测量，满足航空航天中瞄准和定位、空间坐标测量、空间物体合作移动等任务中对于空间位姿测量定位的需求，为此，本发明采用的技术方案是，标志点正交分光成像位姿传感器，由一个成像镜头、分光镜、两个柱面镜和两个正交放置的线阵CCD、以及DSP组成，标志点经过物镜后成为圆形光斑，圆形光斑经过分光镜分束，成为两个相互正交的光束，在光束的传播方向上分别放置柱面镜，则将标志点的像拉长为与柱面镜水平子午面平行的线状像，该线状像的垂直平分面上放置线阵CCD，该线状像与线阵CCD相交，并成像于该线阵CCD上，得到空间发光点在两个线阵CCD上的成像位置，即空间特征点在虚拟像面上的二维坐标，使用DSP根据标志点的二维坐标，解算其投射直线，并将信息输出。 

柱面镜相互垂直，与分光镜的水平和垂直面平行，两个线阵CCD的中心线与柱面镜的母线垂直，并同时与镜头光轴相交。 

标志点正交分光成像位姿测试方法，借助于前述位姿传感器实现，并包括如下步骤：综合考虑垂直线阵CCD和水平线阵CCD得到的发光点所在两个光平面的位置，采用得到的空间发光特征点通过镜头成像过程中的透视投影直线，综合物镜和柱面镜畸变，建立正交分光成像位姿传感器的数学模型：