專利名稱：三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角的非接觸、無(wú)干擾、高精度單目視覺測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用三軸氣浮臺(tái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)全物理仿真能夠驗(yàn)證控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的正確性，檢驗(yàn)實(shí)際控制系統(tǒng)的功能和性能，是衛(wèi)星研制過(guò)程中的重要手段和方法。
衛(wèi)星控制系統(tǒng)全物理仿真實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的核心問(wèn)題就要在地面上模擬衛(wèi)星在軌失重條件下的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，三軸氣浮臺(tái)依靠壓縮空氣在球面氣浮軸承與軸承座間形成的氣膜，產(chǎn)生向上的作用力，抵消臺(tái)面的重力，使臺(tái)面浮起，從而利用臺(tái)面的角運(yùn)動(dòng)近似模擬無(wú)干擾的衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。
衛(wèi)星姿態(tài)控制過(guò)程中需要通過(guò)姿態(tài)敏感器動(dòng)態(tài)地測(cè)量衛(wèi)星相對(duì)某一坐標(biāo)系的姿態(tài)信息，反饋給姿態(tài)控制計(jì)算機(jī)，經(jīng)分析計(jì)算后形成控制指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)控制。因此為模擬衛(wèi)星姿態(tài)控制過(guò)程，需進(jìn)行氣浮臺(tái)姿態(tài)角的動(dòng)態(tài)測(cè)量，且其測(cè)量精度的高低直接影響了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)物理仿真的效果。傳統(tǒng)上，通常利用光電碼盤來(lái)測(cè)量剛體角運(yùn)動(dòng)，由于該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、完全數(shù)字化等受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，也涌現(xiàn)了多種光電碼盤產(chǎn)品(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00410086057.4專利名稱轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器)，但光電碼盤只能用于單軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度測(cè)量，在三軸氣浮臺(tái)的角運(yùn)動(dòng)測(cè)量應(yīng)用中具有局限性。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00410009083.7，專利名稱為剛體空間位姿測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，該專利采用拉線式編碼器實(shí)現(xiàn)了一種接觸式的低成本、高精度的剛體空間位置和姿態(tài)地測(cè)量裝置和測(cè)量方法。但由于三軸氣浮臺(tái)需要為衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)物理仿真提供一個(gè)無(wú)干擾的環(huán)境，因此本專利提供的接觸式測(cè)量裝置和測(cè)量方法無(wú)法滿足三軸氣浮臺(tái)角運(yùn)動(dòng)測(cè)量需求。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張曉友、劉暾和北京控制工程研究所的李季蘇等提出了一種三軸氣浮臺(tái)單框伺服測(cè)角系統(tǒng)，該系統(tǒng)在氣浮臺(tái)基座上安裝一個(gè)可以繞氣浮臺(tái)中心鉛垂線轉(zhuǎn)動(dòng)的圓弧臂，并在其上安裝可以移動(dòng)的滑架，通過(guò)敏感圓弧臂的轉(zhuǎn)動(dòng)和滑架的移動(dòng)測(cè)量氣浮臺(tái)的三個(gè)姿態(tài)角(張曉友，劉暾，李季蘇.三軸氣浮臺(tái)單框伺服測(cè)角系統(tǒng)的研究.宇航學(xué)報(bào).第17卷，第4期，1996年，pp.71-74)。但該系統(tǒng)需要增加復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)和敏感器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠動(dòng)態(tài)地測(cè)量出三軸氣浮臺(tái)三個(gè)姿態(tài)角、并將測(cè)量的姿態(tài)角反饋到三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上的控制單元，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、精度高、不會(huì)對(duì)三軸氣浮臺(tái)產(chǎn)生干擾的三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置。本發(fā)明的目的還在于提供三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角的測(cè)量方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在三軸氣浮臺(tái)的臺(tái)面上安裝有測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)，在三軸氣浮臺(tái)的上方通過(guò)支架安裝有CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與圖像采集卡相連，圖像采集卡裝入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上連接有無(wú)線傳輸設(shè)備。
本發(fā)明的三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置的組成還可以包括這樣一些特征1、所述的CCD攝像機(jī)是普通的黑白CCD攝像機(jī)。
2、所述的測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)由中心頻率為850nm的紅外發(fā)光二極管連接組成。
3、在CCD攝像機(jī)鏡頭前安裝有只有固定波長(zhǎng)的紅外光才能通過(guò)的紅外高透濾光片。
本發(fā)明的測(cè)量方法包括如下幾個(gè)步驟1)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；2)測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)加電；3)由攝像機(jī)獲取測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)的圖像，通過(guò)圖像采集卡采集到信息處理計(jì)算機(jī)；4)對(duì)測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行分割和特征匹配；5)對(duì)測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)的像中心進(jìn)行亞像素定位；6)計(jì)算測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)于攝像機(jī)的姿態(tài)，然后確定氣浮臺(tái)姿態(tài)角；7)計(jì)算結(jié)果顯示，并通過(guò)無(wú)線傳輸設(shè)備將結(jié)果傳送到三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上的控制單元；8)重復(fù)上述步驟3)-7)，實(shí)現(xiàn)三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角的連續(xù)測(cè)量。
本發(fā)明的三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)及無(wú)線傳輸設(shè)備等組成。測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)采用中心頻率為850nm的紅外發(fā)光二極管，根據(jù)需要確定所需紅外發(fā)光二極管的個(gè)數(shù)和幾何形狀，測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)直接固定于三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上，具有同待測(cè)量的三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面相同的角運(yùn)動(dòng)；CCD攝像機(jī)采用市場(chǎng)上普通的黑白CCD攝像機(jī)，通過(guò)支架安裝在三軸氣浮臺(tái)上方，并通過(guò)數(shù)據(jù)線與裝有圖像采集卡的信息處理計(jì)算機(jī)相連，完成測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)的圖像采集。該系統(tǒng)的基本工作原理是先由CCD攝像機(jī)采集經(jīng)過(guò)紅外濾波的測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)圖像信號(hào)，并經(jīng)過(guò)圖像采集卡，變成數(shù)字圖像信號(hào)，其次由信息處理計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，主要包括圖像預(yù)處理、圖像分割、特征提取、識(shí)別和匹配，然后利用特征光標(biāo)系統(tǒng)的圖像信息計(jì)算相對(duì)于攝像機(jī)姿態(tài)的視覺計(jì)算，最后進(jìn)行結(jié)果顯示，并通過(guò)無(wú)線傳輸設(shè)備傳送到三軸氣浮臺(tái)上的控制單元。
作為本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)，選用了普通的黑白CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)由紅外發(fā)光二極管構(gòu)成的測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行成像。這是由于普通彩色攝像機(jī)感光光譜只在可見光區(qū)域，而黑白CCD攝像機(jī)不僅能感受可見光，而且可以感受紅外光。
作為本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)，為避免環(huán)境光照條件的影響，濾除環(huán)境可見光干擾，在黑白CCD攝像機(jī)鏡頭前安裝了固定波長(zhǎng)的紅外光才能通過(guò)的紅外高透濾光片。
本發(fā)明采用一套黑白CCD攝像機(jī)采集經(jīng)過(guò)紅外濾波的由紅外發(fā)光二極管構(gòu)成的測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)的圖像，利用計(jì)算機(jī)視覺理論并結(jié)合測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)間的距離信息，計(jì)算出氣浮臺(tái)臺(tái)面相對(duì)于CCD攝像機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過(guò)連續(xù)獲取圖像序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角的非接觸、無(wú)擾動(dòng)、大范圍、高頻率的測(cè)量。本發(fā)明也可以進(jìn)行單軸氣浮臺(tái)或五自由度氣浮臺(tái)的姿態(tài)角測(cè)量。其主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在1、該系統(tǒng)采用非接觸式的單目視覺測(cè)量，姿態(tài)角測(cè)量過(guò)程不會(huì)對(duì)三軸氣浮臺(tái)造成干擾；2、采用紅外發(fā)光二極管和紅外濾光片相配合的手段，能夠避免環(huán)境光照條件的影響，消除環(huán)境可見光干擾，并能夠大大簡(jiǎn)化圖像處理過(guò)程；3、系統(tǒng)所使用的設(shè)備都是通用的商用產(chǎn)品，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)；4、采用高分辨率的CCD攝像機(jī)和圖像采集卡，并利用亞像素高精度定位技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的姿態(tài)角測(cè)量。


圖1是三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量系統(tǒng)的基本原理示意圖。
圖2是測(cè)量光標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量方法的流程示意圖。
圖4為本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)涉及到的坐標(biāo)系。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明結(jié)合圖1，其中各標(biāo)號(hào)分別代表1是普通黑白CCD攝像機(jī)，2是紅外濾光片，3是支架，4是測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)，5是三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上的電源系統(tǒng)，6是氣浮臺(tái)臺(tái)面上的控制單元，7是無(wú)線通信設(shè)備氣浮臺(tái)臺(tái)面上終端，8是球面氣浮軸承，9是三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面，安裝參與仿真的各種設(shè)備，10是三軸氣浮臺(tái)基座，11是壓縮氮?dú)馄浚?2是圖像采集卡，13是無(wú)線通信設(shè)備地面終端，14是信息處理計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明所述的測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)、黑白CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)及無(wú)線傳輸設(shè)備。
測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)采用紅外發(fā)光二極管，提高了同周圍環(huán)境的對(duì)比度，避免了環(huán)境光照條件變化的影響，多個(gè)LED按照一定的幾何形狀安裝構(gòu)成測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)測(cè)量精度和所選算法等不同確定LED的個(gè)數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。一種實(shí)施方式是采用4個(gè)紅外發(fā)光二極管LED(201，...，204)，幾何結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，其中的三個(gè)LED(201，202，203)在同一平面內(nèi)，LED(204)在經(jīng)過(guò)LED(201，203)且垂直于由LED(201，202，203)構(gòu)成的平面的平面內(nèi)，并且LED(201，202，203)和LED(201，203，204)均構(gòu)成等腰三角形，選擇發(fā)光二極管的中心頻率為850nm，功率是10nW，測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)固定在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上，具有同待測(cè)量的三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面相同的角運(yùn)動(dòng)。
CCD攝像機(jī)采用市場(chǎng)上普通的黑白CCD攝像機(jī)，這是由于普通彩色攝像機(jī)為能傳輸彩色信號(hào)，從CCD器件的輸出信號(hào)中分離出綠藍(lán)紅三種基色視頻信號(hào)，然后合成彩色視頻信號(hào)，其感光光譜只在可見光區(qū)域，而黑白CCD攝像機(jī)不僅能感受可見光，而且可以感受紅外光。CCD攝像機(jī)通過(guò)支架安裝在三軸氣浮臺(tái)上方，并調(diào)整攝像機(jī)鏡頭方向和參數(shù)，使其能夠在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)整個(gè)測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)清晰成像，并通過(guò)數(shù)據(jù)線與裝有圖像采集卡的信息處理計(jì)算機(jī)相連，完成測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)圖像的采集。為濾除避免環(huán)境光照條件的影響，消除環(huán)境可見光干擾，在攝像機(jī)鏡頭前安裝紅外高透濾光片。一種實(shí)施方式是采用中心頻率為850nm，帶寬為12nm，峰值通透率為83％的紅外濾波片。經(jīng)過(guò)紅外濾波之后，攝像機(jī)僅對(duì)測(cè)量光標(biāo)成像，因此前期圖像處理變得特別簡(jiǎn)單，甚至可以省略，直接進(jìn)行特征提取、匹配和亞像素定位等處理操作。
使用三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量的主要流程示意圖如圖3所示。
結(jié)合圖3，“三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量系統(tǒng)”軟件的主要功能包括測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)圖像的實(shí)時(shí)采集、攝像機(jī)鏡頭畸變校正、測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)像坐標(biāo)的“亞像素”精度提取、測(cè)量光標(biāo)像點(diǎn)的匹配、姿態(tài)角計(jì)算等功能。
在詳細(xì)介紹如何利用CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量之前，首先介紹一下三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量系統(tǒng)所涉及的坐標(biāo)系。如附圖4所示，該系統(tǒng)共涉及了5種坐標(biāo)系系統(tǒng)1)氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系405(Oi-xiyizi)，近似認(rèn)為是一靜止坐標(biāo)系；2)氣浮臺(tái)臺(tái)面坐標(biāo)系404(Oa-xayaza)，該坐標(biāo)系與氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)即為三軸氣浮臺(tái)的姿態(tài)角；3)CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系401(Oc-xcyczc)，由于CCD攝像機(jī)相對(duì)于地面靜止，因此CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系與氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系屬于攝像機(jī)的外部參數(shù)，可以預(yù)先確定；4)像平面坐標(biāo)系402(Ou-xuyu)；該坐標(biāo)系與CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系未CCD攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，可以通過(guò)預(yù)先標(biāo)定獲得；5)測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系403(Om-xmymzm)，由于測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)固定安裝在氣浮臺(tái)臺(tái)面上，因此測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系與氣浮臺(tái)臺(tái)面坐標(biāo)系之間也是一個(gè)確定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
顯然，對(duì)于本發(fā)明的姿態(tài)角視覺測(cè)量系統(tǒng)來(lái)講，最關(guān)心的是氣浮臺(tái)臺(tái)面坐標(biāo)系與氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，定義為氣浮臺(tái)臺(tái)面的姿態(tài)角，由于CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系與氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系之間具有確定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，特別是我們關(guān)心的是氣浮臺(tái)的相對(duì)姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)，因此可利用CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系與氣浮臺(tái)臺(tái)面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系表示氣浮臺(tái)臺(tái)面姿態(tài)角，且測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系與氣浮臺(tái)臺(tái)面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系也是一個(gè)確定的量，可預(yù)先測(cè)定。
通過(guò)上述分析，我們可以看出三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面姿態(tài)角測(cè)量的核心是確定CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系與測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，該過(guò)程是求成像過(guò)程的逆過(guò)程，需要從已獲得的二維圖像，反求出測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)于攝像機(jī)之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
設(shè)任一測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)P在Om-xmymzm坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xm，ym，zm)，相應(yīng)的像平面坐標(biāo)為(xu，yu)，則理想針孔成像攝像機(jī)模型可表示為xu=fxmzm,yu=fymzm---(1)]]>CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系(Oc-xcyczc)與測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系(Om-xmymzm)之間的變換可以用旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矢量t表示xcyczc=Rxmymzm+t---(2)]]>參考附圖3，三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量系統(tǒng)的信息處理流程如下a)標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，標(biāo)定方法和步驟參見周富強(qiáng)等的發(fā)明專利“一種基于平面靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法”，申請(qǐng)?zhí)?3142658.1，
公開日2005年1月19日，將標(biāo)定參數(shù)保存到計(jì)算機(jī)；b)獲取測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)的一幅圖像；c)提取出測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)行特征點(diǎn)的亞像素定位，得到特征點(diǎn)的像坐標(biāo)，并進(jìn)行特征匹配，相關(guān)算法參見于起峰等的著作“基于圖像的精密測(cè)量與運(yùn)動(dòng)測(cè)量”，科學(xué)出版社出版，2002年7月第一版；d)定義非線性優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)為f(R,t)=Σi=14[(xui-x^ui)2+(yui-y^ui)2]---(3)]]>其中R，t為待求的運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 為特征光標(biāo)點(diǎn)i的像點(diǎn)坐標(biāo)；(xui，yui)為由式(1)和式(2)決定的含有R，t的表達(dá)式。
e)根據(jù)提取的測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)的像坐標(biāo)，利用Levenberg-Marquardt非線性優(yōu)化算法迭代得到相對(duì)位置和姿態(tài)參數(shù)，該算法可參見袁亞湘等的著作“最優(yōu)化理論與方法”科學(xué)出版社出版，2001年第一版。
根據(jù)本發(fā)明提出的姿態(tài)角視覺測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法，建立了實(shí)際系統(tǒng)，對(duì)三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)量，選取測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)形參數(shù)為a＝b＝c＝10cm；1/3″CCD黑白攝像機(jī)，像素分辨率768×582，水平清晰度570線，CCD攝像機(jī)安裝在三軸氣浮臺(tái)上方1m處。采用中心頻率為850nm，帶寬為12nm，峰值通透率為83％的紅外濾波片，亞像素精度定位誤差小于0.2像素；計(jì)算機(jī)選用普通的主頻3.0G的PC機(jī)；無(wú)線通信設(shè)備采用一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的54M無(wú)線網(wǎng)卡。最后的姿態(tài)角測(cè)量精度優(yōu)于0.01度，滿足三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量精度要求。
權(quán)利要求
1.一種三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置，其特征在于在三軸氣浮臺(tái)的臺(tái)面上安裝有測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)，在三軸氣浮臺(tái)的上方通過(guò)支架安裝有CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與圖像采集卡相連，圖像采集卡裝入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上連接有無(wú)線傳輸設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置，其特征在于所述的CCD攝像機(jī)是普通的黑白CCD攝像機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置，其特征在于所述的測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)由中心頻率為850nm的紅外發(fā)光二極管連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置，其特征在于在CCD攝像機(jī)鏡頭前安裝有只有固定波長(zhǎng)的紅外光才能通過(guò)的紅外高透濾光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置，其特征在于在CCD攝像機(jī)鏡頭前安裝有只有固定波長(zhǎng)的紅外光才能通過(guò)的紅外高透濾光片。
6.一種三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角的測(cè)量方法，其特征在于該測(cè)量方法包括如下幾個(gè)步驟1)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；2)測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)加電；3)由攝像機(jī)獲取測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)的圖像，通過(guò)圖像采集卡采集到信息處理計(jì)算機(jī)；4)對(duì)測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行分割和匹配；5)對(duì)測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)的像中心進(jìn)行亞像素定位；6)計(jì)算特征光標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)于攝像機(jī)的姿態(tài)，然后確定氣浮臺(tái)姿態(tài)角；7)計(jì)算結(jié)果顯示，并通過(guò)無(wú)線傳輸設(shè)備將結(jié)果傳送到三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上的控制單元；8)重復(fù)步驟3-7，實(shí)現(xiàn)三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角的連續(xù)測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。在三軸氣浮臺(tái)的臺(tái)面上安裝有測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)，在三軸氣浮臺(tái)的上方通過(guò)支架安裝有CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與圖像采集卡相連，圖像采集卡裝入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上連接有無(wú)線傳輸設(shè)備。采用一套黑白CCD攝像機(jī)采集經(jīng)過(guò)紅外濾波的由紅外發(fā)光二極管構(gòu)成的測(cè)量光標(biāo)系統(tǒng)的圖像，利用計(jì)算機(jī)視覺理論并結(jié)合測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)間的距離信息，計(jì)算出氣浮臺(tái)臺(tái)面相對(duì)于CCD攝像機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過(guò)連續(xù)獲取圖像序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸氣浮臺(tái)姿態(tài)角的非接觸、無(wú)擾動(dòng)、大范圍、高頻率的測(cè)量。本發(fā)明也可以進(jìn)行單軸氣浮臺(tái)或五自由度氣浮臺(tái)的姿態(tài)角測(cè)量。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1877247SQ200610010260
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者曹喜濱, 張世杰, 張國(guó)威, 孫兆偉, 劉麗霞 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)