基于双刻度的转台标定方法及转动角度测量方法与流程

本发明涉及摄影测量及图像处理，尤其涉及一种基于双刻度的转台标定方法及转动角度测量方法。

背景技术：

1、转台作为一种被动式探测系统，可以对目标进行监控，跟踪和定位，广泛应用于科研生产领域。随着现代技术的发展，各种任务都要求转台提供高精度的角度输出。

2、现有的高精度转台使用了特殊而复杂的结构，对于机械加工精度和装配有非常严格的要求。并且由于机械结构复杂，高精度转台往往体积较大，不易于运输与使用。在运输与使用过程中的颠簸，震动也会降低高精度转台内部组件的耦合程度，进而影响测量精度。高精度的转台会使用高级的编码标志盘和精密部件，而这会使得其价格昂贵，普通用户难以承受。

3、现有的转台标定方法过程比较复杂，需要两个或者三个甚至多个标定点。对于现场的操作人员来说，需要的点越多，则标定的时间也越长，也越容易出错。

4、因此，需要提供一种基于双刻度的转台标定方法及转动角度测量方法，只使用一个标定点就可以对转台进行标定，标定流程简单，易于操作。

5、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明主要目的是克服转台标定成本高、操作困难、容易出错的问题，提供一种基于双刻度的转台标定方法及转动角度测量方法，只使用一个标定点就可以对转台进行标定，标定流程简单，易于操作，成本低。

2、为实现上述的目的，本发明第一方面提供了一种基于双刻度的转台标定方法，采用基于双刻度的转台和负载相机，该转台包括主刻度尺、副刻度尺、标定相机、固定端和相对于固定端转动的转轴，副刻度尺设置在固定端上、主刻度尺设置在转轴上，或副刻度尺设置在转轴上、主刻度尺设置在固定端上，转轴转动时，副刻度尺和主刻度尺相对运动；主刻度尺包括多条主刻度线和多个第一刻度数字，多条主刻度线包括多条第一长刻度线、多条第一短刻度线；第一刻度数字标识在第一长刻度线上，每两条第一长刻度线之间设置多条第一短刻度线；副刻度尺包括多条副刻度线，多条副刻度线包括一条第二长刻度线、多条第二短刻度线，第二短刻度线均设置在第二长刻度线的同一侧；标定相机用于拍摄副刻度尺和主刻度尺，负载相机固定在转台上，包括以下步骤：

3、s1：获取负载相机的坐标；

4、s2：布置一个标定点，获取该标定点的坐标；

5、s3：控制转轴转动，使得标定点位于负载相机的画面中心，标定相机拍摄刻度尺图片，刻度尺图片包括主刻度尺和副刻度尺，根据刻度尺图片解算出负载相机的标定角度值。

6、根据本发明一示例实施方式，步骤s3中，所述根据刻度尺图片解算出负载相机的标定角度值包括：

7、s31：根据刻度尺图片获得副刻度尺指示的主刻度尺的长度或角度；

8、s32：根据副刻度尺指示的主刻度尺的长度或角度得到转轴转动的角度信息。

9、根据本发明一示例实施方式，步骤s31中，根据刻度尺图片获得副刻度尺指示主刻度尺的长度或角度包括：

10、s311：识别第一刻度数字并检测出刻度尺图片中的直线段；

11、s312：筛选主刻度线和副刻度线；

12、s313：从主刻度线中筛选出第一长刻度线和第一短刻度线；从副刻度线上筛选出第二长刻度线和第二短刻度线；

13、s314：将第一长刻度线和第一刻度数字匹配，并计算第一短刻度线对应的刻度，得到每条主刻度线对应的刻度；

14、s315：给副刻度线编号，该编号为第二刻度数字；计算每个副刻度线与主刻度线的像素水平距离或夹角，找到像素水平距离或夹角之差最小的副刻度线和主刻度线；

15、s316：找到第二长刻度线对应的主刻度线；

16、s317：根据主刻度线对应的刻度、像素水平距离或夹角之差最小的副刻度线和主刻度线、第二长刻度线对应的主刻度线获得当前刻度。

17、根据本发明一示例实施方式，步骤s314、步骤s315和步骤s316可以同时进行。

18、根据本发明一示例实施方式，步骤s312中，所述筛选主刻度线和副刻度线包括：

19、采用k-means聚类算法区分主刻度线和副刻度线。

20、根据本发明一示例实施方式，步骤s313中，通过刻度线的长度从主刻度线中筛选出第一长刻度线和第一短刻度线；通过刻度线的长度从副刻度线中筛选出第二长刻度线和第二短刻度线。

21、根据本发明一示例实施方式，步骤s314中，所述计算第一短刻度线对应的刻度采用公式4：

22、s1j＝s1+j×(s2-s1)÷n  公式4；

23、其中，第1条第一长刻度线的刻度为s1，第2条第一长刻度线的刻度为s2，s1＜s2，第1条第一长刻度线s1和第2条第一长刻度线s2之间有n-1条短刻度线，s1j表示第j条短刻度线，j为0到n-1的自然数，n为大于0的自然数。

24、根据本发明一示例实施方式，步骤s317中，所述根据主刻度线对应的刻度、像素水平距离或夹角之差最小的副刻度线和主刻度线、第二长刻度线对应的主刻度线获得当前刻度采用公式5：

25、

26、其中，s表示当前刻度，第1条第一长刻度线的刻度为s1，第2条第一长刻度线的刻度为s2，第3条第一长刻度线的刻度为s3，s1＜s2＜s3，第1条第一长刻度线s1和第2条第一长刻度线s2之间有n-1条第一短刻度线，s1j表示第1条第一长刻度线s1到第2条第一长刻度线s2之间的第j条第一短刻度线，id为副刻度线的编号，副刻度线的编号从第二长刻度线开始依次为0、1、2、3…、n。

27、根据本发明一示例实施方式，所述标定角度值包括标定方位角度值和标定俯仰角度值，所述主刻度尺包括方位主刻度尺和俯仰主刻度尺，所述副刻度尺包括方位副刻度尺和俯仰副刻度尺，所述标定相机包括方位相机和俯仰相机，方位相机拍摄方位主刻度尺和方位副刻度尺获得标定方位角度值，俯仰相机拍摄俯仰主刻度尺和俯仰副刻度尺获得标定俯仰角度值。

28、作为本发明的第二个方面，提供一种基于双刻度的转台的转动角度测量方法，包括以下步骤：

29、采用所述的基于双刻度的转台标定方法；

30、s4：控制转台转动，使得测量目标位于负载相机的画面中心，标定相机拍摄刻度尺图片，根据刻度尺图片解算出负载相机的当前角度值；

31、s5：根据标定角度值和当前角度值，计算得到转台相对于标定点的相对转动角度；

32、s6：根据标定点的坐标和该相对转动角度计算得到测量目标的指向角。

33、本发明通过在普通转台上增加两个相机和两组刻度，就可以输出高精度的角度测量结果。通过图像处理技术而无需使用复杂的机械结构，降低了生产和装配难度。该方案无需使用高精度的编码盘，因此相对目前的高精度转台，其整体价格更低。本方案的转台整体尺寸更小，重量更轻，更有利于设备的运输与使用。

34、并且，双刻度的刻度识别，通过第二长刻度线指示的主刻度尺的第一短刻度线的刻度以及第二短刻度线和主刻度线的位置关系，能够快速、准确地获得第二长刻度线在它相邻的两条主刻度线之间的位置，相比单刻度通过水平距离计算指示的位置，计算更方便。

35、本发明提出的转台标定与测量方法，在将转台基座调平的基础上，只使用一个标定点就可以完成转台负载相机标定，然后就可以测量空间中目标的实际方向。标定测量方法相对简单，易于操作，减少了标定和测量过程中的不确定因素，降低了操作门槛。