基于编码标志的转台的标定方法及测量方法与流程

本发明涉及摄影测量及图像处理，尤其涉及一种基于编码标志的转台的标定方法及测量方法。

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、在实际的测量任务中，为了获得目标的实际方位，需要先对转台进行标定。标定过程中，会使用一些合作标志，通过这些标志将转台角度和空间中的实际方位联系起来。现在的转台标定方法需要多个合作标志，且每个合作标志都需要获得其三维坐标，整体过程较为复杂，操作人员实时标定的整体时间也比较长。

4、因此，需要提供一种基于编码标志的转台的标定方法及测量方法，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、操作困难的问题，提供一种基于编码标志的转台的标定方法及测量方法，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编码标志的转台的标定方法，采用基于编码标志的转台和负载相机，该转台包括编码标志盘、编码标志观测相机和转台本体，编码标志盘或编码标志观测相机固定在转台本体上，转台本体转动时，编码标志盘和编码标志观测相机相对运动，编码标志观测相机用于拍摄编码标志盘上的编码标志，负载相机固定在转台本体上，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：控制转台本体转动，使得标定点位于负载相机的画面中心，编码标志观测相机拍摄编码标志盘上的编码标志，根据拍摄的编码标志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，所述根据拍摄的编码标志解算出负载相机的标定角度值包括：

7、s31：从拍摄的图像中找到编码标志，编码标志中含有编码标志的角度信息，获取编码标志的角度信息；

8、s32：获取编码标志相对于编码标志观测相机光轴与编码标志盘交点处转动的偏移角度信息；

9、s33：根据编码标志的角度信息和偏移角度信息得到标定角度值。

10、根据本发明一示例实施方式，步骤s31中，编码标志盘上布置有多个编码标志，多个编码标志到编码标志盘的圆心的距离均相等，相邻两个编码标志的距离均相等。

11、根据本发明一示例实施方式，步骤s31中，多个编码标志为不同的点状编码标志，该编码标志上有多个定位点和多个编码点，通过识别编码标志的定位点和编码点获取编码标志的角度信息。

12、根据本发明一示例实施方式，步骤s32中，所述获取编码标志相对于编码标志观测相机光轴与编码标志盘交点处转动的偏移角度信息包括：

13、s321：获取编码标志中心点的坐标；

14、s322：根据编码标志中心点的坐标、编码标志观测相机的内参和外参，计算出图像中心点的坐标；

15、s323：根据编码标志中心点的坐标和图像中心点的坐标，计算出编码标志中心点和图像中心点的距离；

16、s324：根据编码标志中心点和图像中心点的距离、编码标志中心点与编码标志盘圆心的距离，计算出偏移角度信息。

17、根据本发明一示例实施方式，步骤s322中，所述根据编码标志中心点的坐标、编码标志观测相机的内参和外参，计算出图像中心点的坐标包括：

18、根据编码标志中心点的坐标、编码标志观测相机的内参和外参得到透视矩阵，根据透视矩阵的逆，计算出图像中心点的坐标。

19、根据本发明一示例实施方式，所述根据编码标志中心点的坐标、编码标志观测相机的内参和外参得到透视矩阵包括：

20、根据编码标志中心点的坐标、编码标志观测相机的内参和外参得到中心透视投影成像模型，将内参矩阵和外参矩阵合并，得到透视矩阵；

21、中心透视投影成像模型的方程如下：

22、

23、其中，zc为拍摄距离，(xw，yw，zw)为编码标志中心点的坐标，编码标志观测相机的内参包括fu和fv，fu为编码标志观测相机的横向等效焦距，fv为编码标志观测相机的纵向等效焦距，(u，v)为图像坐标点，(u0，v0)为主点坐标，外参包括旋转矩阵和平移矩阵，r为旋转矩阵，t为平移矩阵。

24、根据本发明一示例实施方式，所述透视矩阵为：

25、

26、其中，h为透视矩阵，zw＝0。

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，所述编码标志盘包括方位编码标志盘和俯仰编码标志盘，所述编码标志观测相机包括方位相机和俯仰相机，方位相机拍摄方位编码标志盘的编码标志获得标定方位角度值，俯仰相机拍摄俯仰编码标志盘的编码标志获得标定俯仰角度值。

28、作为本发明的第二个方面，本发明提供一种基于编码标志的转台的转动角度测量方法，包括以下步骤：

29、采用所述基于编码标志的转台的标定方法；

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，编码标志观测相机拍摄编码标志盘上的编码标志，根据拍摄的编码标志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、本发明的优势效果是，本发明通过在普通转台上增加编码标志观测相机和编码标志盘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，由于本方案无需使用高精度的编码标志盘，因此相对于目前的高精度转台，整体价格更低，尺寸更小，更有利于设备的运输与使用。

34、同时，由于通过编码标志上的定位点计算了相机的外参，因此当相机光轴和编码标志盘没有垂直时也可以测量，编码标志的使用提高了整个系统的稳定性，同时也提高了系统的测量精度。通过编码标志来计算转台的当前角度，相对于内置的高精度编码盘，更经济，更精确。

35、本方案提出的转台标定及测量方法，转台的单点标定与测量，只使用一个标定点即可完成转台初始状态的标定，单点标定后即可测量任意目标在空间中的指向，只需要使用一个标定点就可以完成转台负载相机的标定，整体流程简单，无须布置多个定位点标志，减少了操作人员的工作量，降低了操作失误的可能性。