专利名称：视觉测量系统中坐标方向校正方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于非接触式浮体运动测量装置一利用计算机视觉原理通过图像处理以及表征目标物的标志点的三维重构来实现运动目标的六个自由度运动测量，本发明涉及视觉测量系统中坐标方向校正方法及装置。
背景技术：
在海洋工程物理模型模拟试验中，精确测量浮体在风，浪，流，潮作用下的三维运动轨迹，对工程设计和科研十分重要。以往由于测量手段简单，数据处理能力较差，测量时均是想办法将被测物理量转化为电信号，再由相关仪器设备读出数据。这就要求测试用的传感器必须与被测浮体接触在一起，或是置于被测浮体内(例如使用陀螺仪测量浮体的摇角)，或是与被测浮体连接在一起(例如用接触式六分量仪，将被测浮体运动姿态的各个物理量引出来)。这两种方法中传感器都会或大或小的影响到被测浮体的运动状态，使测量和计算分析产生较大误差。实验室中研究缩小的模型的运动状态时，接触式测量带给小比尺模型的影响会更大，从而影响实验的测量精度。非接触式浮体运动测量系统又称非接触式六分量仪(如

图1所示)，一般由工业相机、传输线缆、图像采集卡以及微型计算机所组成。该系统的构建是根据计算机视觉原理， 利用图像分析对目标物运动的六个自由度参数的实时计算与数据显示。因此，该系统可以非接触式地对目标物进行运动测量避免了接触式传感器对目标运动的干扰。当使用非接触式浮体运动测量系统对目标进行运动测量前，为了更加准确的追踪到目标物的运动，需要在目标物上安装三个发光标志点；测量过程中，首先需要对视觉系统进行定标，完成图像坐标系统到世界坐标系统之间的转换
通过标志点的图像采集_>目标识别_>立体匹配_>三维重构_>运动量计算与六自由度参量分解等几个步骤完成目标运动的动态监测、记录与显示。在工程实践中，使用上述的非接触式浮体运动测量系统对目标物进行测量时，首先得到的是测量坐标系下的标志点的坐标信息，然后再根据三个标志点的坐标值进行运动六个分量(三个平移量与三个旋转量)的分解计算，因此测量坐标系的选定十分重要，将直接影响测量的结果。然而，在实际使用时，由于具体测试的内容不同，需要在不同测量坐标系下实时观测目标浮体运动的六个自由度的变化量。目前为了满足模型试验的实际需求， 往往通过以下两种方式进行测量坐标方向的确定或校正
方法一在现场通过系统的重复定标来完成将定标靶面与测量坐标系两个轴向所在的平面重合，同时使得靶面上的点的坐标符合测量坐标系。这样定标完成后，系统所测得的六个自由度运动量便是在测量坐标方向下的映射量，从而完成测量坐标系方向的校正。方法二通过调整测量系统的位置来完成视觉系统定标完成后，将这个视觉系统进行位置调整，使得测量后的结果与目的测量坐标方向下的测量结果相一致，从而完成测量坐标方向的校正。以上两种方法均可以对测量坐标系的方向进行确定或校正，但操作过程较为复杂。有时为了更换一下测量坐标系的方向，需要很多的时间去做定标，或者去进行视觉测量系统的位置调整，这一过程不仅严重影响了测量过程的效率，而且某些时候是不可行的。例如，当在深水水槽中进行浮体运动测量时，测量系统的位置往往固定在一个特定的位置，而该位置受实验环境条件的影响是不可以更改的，另外水槽中的水也不可能因为要改变测量坐标方向而完全泄放掉(资源的浪费)。为了解决这些问题，本发明提出了一套测量坐标校正方法，该方法的引入可以更好的完善非接触式浮体运动测量系统，提高测量实验效率，同时也适用于绝大部分的视觉测量系统，从而有利于视觉测量技术的推广。

发明内容
为了克服上述现有技术视觉测量系统使用过程中的坐标方向校正问题，本发明提供了一种视觉测量系统中坐标方向校正装置。为了达到上述目的，本发明提供的一种视觉测量系统中坐标方向校正装置由三个发红光的LED、两个水平仪以及一个直角结构体组成；两个水平仪分别设置在直角结构体的两个直角边上；三个LED分别设置在直角结构的三个角上，作为三个标志点，并成直角排列，发光面为平面。所述直角结构体表面主色调为黑色。本发明还提供了一种视觉测量系统中坐标方向校正方法，利用上述视觉测量系统中坐标方向校正装置进行方向校正，包括以下步骤
步骤A 确定直角结构体的坐标系x轴向与直角结构体的一条直角边相同，y轴向与直角结构体的另一条直角边相同，坐标原点置在直角结构体的直角顶点处的标志点的中心，同时记录这三个标志点的坐标值，记为
权利要求
1.一种视觉测量系统中坐标方向校正装置，其特征在于，所述视觉测量系统中坐标方向校正装置由三个发红光的LED、两个水平仪以及一个直角结构体组成；两个水平仪分别设置在直角结构体的两个直角边上；三个LED分别设置在直角结构的三个角上，作为三个标志点，并成直角排列，发光面为平面。
2.根据权利要求1所述的视觉测量系统中坐标方向校正装置，其特征在于，所述直角结构体表面主色调为黑色。
3.—种视觉测量系统中坐标方向校正方法，利用如权利要求1或2所述的视觉测量系统中坐标方向校正装置进行方向校正，包括以下步骤步骤A 确定直角结构体的坐标系X轴向与直角结构体的一条直角边相同，y轴向与直角结构体的另一条直角边相同，坐标原点置在直角结构体的直角顶点处的标志点的中心，同时记录这三个标志点的坐标值，记为 ρ χ = 1X3), ρ = I^yi,Zlf ,步骤B 进行测量坐标方向的校正将该三角形结构体上的LED点亮，然后按照需要的测量坐标方向摆好该三角形结构体，同时使用已经固定好的视觉测量系统进行三个标志点的位置定位，计算相应的坐标值，Il!^ PiQ -12,3) , Λ = fe^^f ;步骤C:求解旋转矩阵设‘ = +!*,式中J1为当前坐标系到需要校正坐标系的三行三列的旋转矩阵，T为平移矩阵； 步骤D 令Wl = JPo Jlh , 2 =Pl Pl ‘ bmS =WixW2 ；wI=-Po-/*! ‘ jmS = Pi ~Ih. ‘ b1S = 3hIxjwS ；则有Ij9H m2 hmJ ] "^[iwI "^2 **3] 解得JSt —「JBTO^ XK^ J9K驾]3CflR^ AK^ ASE^jj ；步骤E 将视觉系统测量到的标志点的坐标使用旋转矩阵Jl进行修正，从而完成测量坐标的修正。
全文摘要
本发明公开了一种视觉测量系统中坐标方向校正装置及方法。本装置由三个发红光的LED、两个水平仪以及一个直角结构体组成；两个水平仪分别设置在直角结构体的两个直角边上；三个LED分别设置在直角结构的三个角上，作为三个标志点，并成直角排列，发光面为平面。本发明可以很好的解决工程应用中视觉测量系统的测量坐标方向校正问题。将本发明加入到视觉测量系统中可以将此作为一个模块，从而更加推动视觉测量系统的集成化(出厂前做好视觉测量系统的定标后，出场后仅需按本发明的操作即可完成各种测量需求，无需再次进行定标操作)，大大简化视觉测量系统的应用。
文档编号G01C25/00GK102506900SQ20111036447
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者孟娟, 张群, 李木国, 杜海, 王静 申请人:大连理工大学