專利名稱：用于消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光測(cè)圖象技術(shù)、攝影測(cè)量和計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域，進(jìn)一步是指用于消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法。
背景技術(shù)：
光測(cè)圖象技術(shù)具有精度高、非接觸、成本低等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。光測(cè)圖象技術(shù)通過處理目標(biāo)的圖象進(jìn)行測(cè)量，因而直接測(cè)量到的是目標(biāo)相對(duì)于像機(jī)的位置、姿態(tài)等，而與目標(biāo)或像機(jī)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)。如果需要得到目標(biāo)位置、姿態(tài)等的絕對(duì)量，則要求像機(jī)絕對(duì)不動(dòng)或通過附加措施對(duì)其運(yùn)動(dòng)的影響加以修正。
例如可見光遙感衛(wèi)星，它在對(duì)預(yù)定地區(qū)進(jìn)行攝影的同時(shí)，另外用一臺(tái)星相機(jī)對(duì)天空中的固定參考物(恒星等)進(jìn)行攝影，以測(cè)定對(duì)地?cái)z影時(shí)刻衛(wèi)星的位置和姿態(tài)，從而對(duì)固連的主像機(jī)的位置和姿態(tài)進(jìn)行修正。在這個(gè)例子中，認(rèn)為主像機(jī)、星相機(jī)與衛(wèi)星的主體結(jié)構(gòu)是一個(gè)穩(wěn)固的整體，它們之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
對(duì)于在振動(dòng)環(huán)境中進(jìn)行的光測(cè)，則不能將像機(jī)和振動(dòng)環(huán)境視為穩(wěn)固的整體。例如用光測(cè)方法測(cè)量在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行撞擊實(shí)驗(yàn)的撞擊物體的運(yùn)動(dòng)或用光測(cè)方法測(cè)量風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪\(yùn)動(dòng)，猛烈地撞擊過程或吹風(fēng)過程會(huì)使實(shí)驗(yàn)環(huán)境發(fā)生振動(dòng)，也使得光測(cè)所用的像機(jī)的位置和姿態(tài)發(fā)生變化。由于環(huán)境振動(dòng)的無規(guī)律性，在該環(huán)境中的各個(gè)設(shè)備都將做不可預(yù)知的無規(guī)律的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在這樣的振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境內(nèi)部不存在可作為絕對(duì)基準(zhǔn)的不動(dòng)的參考物，只能在此環(huán)境之外選定一固定參考物。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境相對(duì)外界的較封閉的特性，從主像機(jī)的位置到所選定的固定參考物間通常不能通視。因而，如果在此實(shí)驗(yàn)環(huán)境的某一可通視所選定的固定參考物的位置安裝一副像機(jī)，由于該副像機(jī)與主像機(jī)所處位置不同，它們各自做著不同的運(yùn)動(dòng)，無法通過副像機(jī)測(cè)量固定參考物來標(biāo)定主像機(jī)的運(yùn)動(dòng)；如果將副像機(jī)與主像機(jī)固連，雖然二者間不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)副像機(jī)不能通視固定參考物，僅依靠副像機(jī)仍無法標(biāo)定主像機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，通過在振動(dòng)環(huán)境中工作的主像機(jī)上固連(即剛性連接，后同)副像機(jī)，在副像機(jī)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境以外的固定參考物間某一即可通視副像機(jī)又可通視固定參考物的位置安裝一固連合作標(biāo)志的接力像機(jī)，構(gòu)成姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)；直接由這套系統(tǒng)通過接力測(cè)量得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)，并由此姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力測(cè)量得到由于環(huán)境振動(dòng)引起的副像機(jī)位置和姿態(tài)的變動(dòng)，從而得到主像機(jī)的位置和姿態(tài)的變動(dòng)并據(jù)此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正；本方法可在振動(dòng)環(huán)境使主像機(jī)的位置、姿態(tài)發(fā)生變化而影響測(cè)量結(jié)果，并且固定參考物無法從實(shí)驗(yàn)位置通視的情況下，消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)的影響。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法是在振動(dòng)并且相對(duì)較封閉的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中用主像機(jī)拍攝目標(biāo)的圖象；副像機(jī)與主像機(jī)固連；在某一既可通視副像機(jī)又可通視固定參考物的位置安裝一固連有合作標(biāo)志的接力像機(jī)，由副像機(jī)、接力像機(jī)及其所固連的合作標(biāo)志構(gòu)成姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)；由所述姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)通過接力測(cè)量得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)；用此姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力測(cè)量得到由于環(huán)境振動(dòng)引起的副像機(jī)位置和姿態(tài)的變動(dòng)，從而得到主像機(jī)的位置和姿態(tài)的變動(dòng)并據(jù)此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。
本測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用其它的布局方式。
以下對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。
本發(fā)明技術(shù)方案基本原理如圖1。在振動(dòng)并且相對(duì)較封閉的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中用主像機(jī)C0拍攝目標(biāo)G的圖象。副像機(jī)C1與主像機(jī)固連，即在實(shí)驗(yàn)過程中，主、副像機(jī)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。主、副像機(jī)所處的位置不能與實(shí)驗(yàn)環(huán)境以外的固定參考物W通視。在某一即可通視副像機(jī)又可通視固定參考物的位置安裝一固連有合作標(biāo)志S的接力像機(jī)C2。C1、S和C2構(gòu)成了姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)。即可以直接由這套系統(tǒng)通過接力測(cè)量得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)，也可以用此姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力測(cè)量得到由于環(huán)境振動(dòng)引起的副像機(jī)位置和姿態(tài)的變動(dòng)，從而得到主像機(jī)的位置和姿態(tài)的變動(dòng)并據(jù)此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。本測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用其它的布局方式，如圖2(a)、(b)或(c)。
本發(fā)明的實(shí)施系統(tǒng)由以下分系統(tǒng)組成1.前期標(biāo)定系統(tǒng)本分系統(tǒng)由精密加工的標(biāo)定參照物(網(wǎng)格板等)和輔助攝像機(jī)等組成。本分系統(tǒng)用于完成現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)前所需的各項(xiàng)標(biāo)定工作，包括標(biāo)定像機(jī)系統(tǒng)C0、C1、C2的參數(shù)，標(biāo)定固連的C0和C1間的相對(duì)位置和姿態(tài)。以及標(biāo)定固連的S和C2間的相對(duì)位置和姿態(tài)。
2.目標(biāo)實(shí)測(cè)系統(tǒng)本分系統(tǒng)即直接用于測(cè)量目標(biāo)位置和姿態(tài)的主像機(jī)C0。C0可以是一臺(tái)像機(jī)，也可以是多臺(tái)像機(jī)組成的像機(jī)系統(tǒng)。
3.修正振動(dòng)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)本分系統(tǒng)由與主像機(jī)C0固連的副像機(jī)C1，在即可通視副像機(jī)又可通視固定參考物的位置安裝的接力像機(jī)C2和與C2固連的合作標(biāo)志S組成。C1可能是一臺(tái)像機(jī)，也可能是多臺(tái)像機(jī)組成的像機(jī)系統(tǒng)；C2可以是一臺(tái)像機(jī)，也可以是多臺(tái)像機(jī)組成的像機(jī)系統(tǒng)。本分系統(tǒng)也有其它的組成和布局方式。
關(guān)于系統(tǒng)的前期標(biāo)定的方法。系統(tǒng)的前期標(biāo)定完成現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)前所需的各項(xiàng)標(biāo)定工作，包括標(biāo)定像機(jī)系統(tǒng)C0、C1、C2的參數(shù)，標(biāo)定固連的C0和C1間的相對(duì)位置和姿態(tài)，以及標(biāo)定固連的S和C2間的相對(duì)位置和姿態(tài)。這些標(biāo)定的方法不屬本發(fā)明的內(nèi)容，此處不贅述。
關(guān)于用主像機(jī)C0測(cè)量C0和目標(biāo)間相對(duì)位置和姿態(tài)，用副像機(jī)C1測(cè)量C1和合作標(biāo)志S間相對(duì)位置和姿態(tài)，用接力像機(jī)C2測(cè)量C2和固定參考物W間相對(duì)位置和姿態(tài)的方法。這些測(cè)量相對(duì)位置和姿態(tài)的方法較多，但不屬本發(fā)明的內(nèi)容，此處不贅述。
關(guān)于通過姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力直接得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)固定參考物的位置和姿態(tài)的方法。如圖1，建立目標(biāo)體坐標(biāo)系OG-XGYGZG，主像機(jī)坐標(biāo)系OC0-XC0YC0ZC0，副像機(jī)坐標(biāo)系OC1-XC1YC1ZC1，合作標(biāo)志坐標(biāo)系OS-XSYSZS，接力像機(jī)坐標(biāo)系OC2-XC2YC2ZC2和固定參考物坐標(biāo)系OW-XWYWZW。
在以下的敘述中，點(diǎn)P在坐標(biāo)系OA-XAYAZA中的坐標(biāo)向量記為PA，即PA＝[XA，YA，ZA]T，點(diǎn)P在坐標(biāo)系OB-XBYBZB中的坐標(biāo)向量為記PB，即PB＝[XB，YB，ZB]T；坐標(biāo)系OA-XAYAZA與坐標(biāo)系OB-XBYBZB間的變換關(guān)系由旋轉(zhuǎn)矩陣RA-B和平移向量TA-B描述為PB＝RA-B·PA+TA-B，或由旋轉(zhuǎn)矩陣RB-A和平移向量TB-A描述為PA＝RB-A·PB+TB-A。其中平移向量為一三維向量，描述了兩坐標(biāo)系間的相對(duì)位置關(guān)系；旋轉(zhuǎn)矩陣為一三階單位正交陣，描述了兩坐標(biāo)系間的相對(duì)姿態(tài)關(guān)系。
待測(cè)目標(biāo)G相對(duì)于主像機(jī)C0的位置和姿態(tài)由平移向量TG-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RG-C0描述，即PC0＝RG-C0·PG+TG-C0(1)
固定參考物W相對(duì)于接力像機(jī)C2的位置和姿態(tài)由平移向量TW-C2和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C2描述，即PC2＝RW-C2·PW+TW-C2(2)接力像機(jī)C2相對(duì)于所固連的合作標(biāo)志S的位置和姿態(tài)由平移向量TC2-S和旋轉(zhuǎn)矩陣RC2-S描述，即PA＝RC2-S·PC2+TC2-S(3)合作標(biāo)志S相對(duì)于副像機(jī)C1的位置和姿態(tài)由平移向量TS-C1和旋轉(zhuǎn)矩陣RS-C1描述，即PC1＝RS-C1·PS+TS-C1(4)固連在一起的主、副像機(jī)間的關(guān)系，即副像機(jī)C1相對(duì)于主像機(jī)C0的位置和姿態(tài)由平移向量TC1-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RC1-C0描述，即PC0＝RC1-C0·PC1+TC1-C0(5)待測(cè)目標(biāo)G相對(duì)于主像機(jī)C0的位置和姿態(tài)又可以由平移向量TC0-G和旋轉(zhuǎn)矩陣RC0-G描述，即PG＝RC0-G·PC0+TC0-G(6)與(1)式比較，有，RC0-G=RG-C0-1,]]>TC0-G=-RG-C0-1·TG-C0.]]>根據(jù)(2)～(6)式，有PG＝RC0-G·(RC1-C0·(RS-C1·(RC2-S·(RW-C2·PW+TW-C2)+TC2-S)+TS-C1)+TC1-C0)+TC0-G(7)如果以平移向量TW-G和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-G來描述待測(cè)目標(biāo)G相對(duì)于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PG＝RW-G·PW+TW-G(8)則有RW-G＝RC0-G·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·RW-C2(9)TW-G=(RC0-G·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·TW-C2+RC0-G·RC1-C0·RS-C1·TC2-S+RC0-G·RC1-C0·TS-C1+RC0-G·TC1-C0+C0-G)--(10)]]>而如果以平移向量TG-W和旋轉(zhuǎn)矩陣RG-W來描述待測(cè)目標(biāo)G相對(duì)于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PW＝RG-W·PG+TG-W(11)與(8)式比較，有，RG-W=RW-G-1,]]>TG-W=-RW-G-1·TW-G.]]>即解算描述待測(cè)目標(biāo)G相對(duì)于固定參考物W的位置和姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的公式為
RG-W=(RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·RW-C2)-1--(12)]]>TG-W=-(RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·RW-C2)-1·(RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·TW-C2+RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·TC2-S+RG-C0-1·RC1-C0·TS-C1+RG-C0-1·TC1-C0-RG-C0-1·TG-C0)--(13)]]>旋轉(zhuǎn)矩陣單位正交，即R-1＝RT，則(12)、(13)式可化為RG-W=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·RG-C0--(14)]]>TG-W=-(RW-C2T·TW-C2+RW-C2T·RC2-ST·TC2-S+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·TS-C1+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TC1-C0-RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TG-C0)--(15)]]>(14)式和(15)式等號(hào)右側(cè)的各項(xiàng)都可以通過前期標(biāo)定或用主像機(jī)C0測(cè)0量C0與目標(biāo)間相對(duì)位置和姿態(tài)或用副像機(jī)C1測(cè)量C1與合作標(biāo)志S間相對(duì)位置和姿態(tài)或用接力像機(jī)C2測(cè)量C2與固定參考物W間相對(duì)位置和姿態(tài)的方法得到，因而可以據(jù)此解算出待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)。
關(guān)于通過姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力標(biāo)定主像機(jī)位置和姿態(tài)受振動(dòng)環(huán)境影響所發(fā)生的變化的方法。如圖1，建立目標(biāo)體坐標(biāo)系OG-XGYGZG，主像機(jī)坐標(biāo)系OC0-XC0YC0ZC0，副像機(jī)坐標(biāo)系OC1-XC1YC1ZC1，合作標(biāo)志坐標(biāo)系OS-XSYSZS，接力像機(jī)坐標(biāo)系OC2-XC2YC2ZC2和固定參考物坐標(biāo)系OW-XWYWZW。
在以下的敘述中，點(diǎn)P在坐標(biāo)系OA-XAYAZA中的坐標(biāo)向量記為PA，即PA＝[XA，YA，ZA]T，點(diǎn)P在坐標(biāo)系OB-XBYBZB中的坐標(biāo)向量記為PB，即PB＝[XB，YB，ZB]T；坐標(biāo)系OA-XAYAZA與坐標(biāo)系OB-XBYBZB間的變換關(guān)系由旋轉(zhuǎn)矩陣RA-B和平移向量TA-B描述為PB＝RA-B·PA+TA-B，或由旋轉(zhuǎn)矩陣RB-A和平移向量TB-A描述為PA＝RB-A·PB+TB-A。其中平移向量為一三維向量，描述了兩坐標(biāo)系間的相對(duì)位置關(guān)系；旋轉(zhuǎn)矩陣為一三階單位正交陣，描述了兩坐標(biāo)系間的相對(duì)姿態(tài)關(guān)系。
固連在一起的主、副像機(jī)間的關(guān)系，即副像機(jī)C1相對(duì)于主像機(jī)C0的位置和姿態(tài)由平移向量TC1-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RC1-C0描述，即PC0＝RC1-C0·PC1+TC1-C0(16)合作標(biāo)志S相對(duì)于副像機(jī)C1的位置和姿態(tài)由平移向量TS-C1和旋轉(zhuǎn)矩陣RS-C1描述，即PC1＝RS-C1·PS+TS-C1(17)接力像機(jī)C2相對(duì)于所固連的合作標(biāo)志S的位置和姿態(tài)由平移向量TC2-S和旋轉(zhuǎn)矩陣RC2-S描述，即
PS＝RC2-SPC2+TC2-S(18)固定參考物W相對(duì)于像機(jī)C2的位置和姿態(tài)由平移向量TW-C2和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C2描述，即PC2＝RW-C2·PW+TW-C2(19)根據(jù)(17)～(19)式，有PC1＝RS-C1·(RC2-S·(PW-C2·PW+TW-C2)+TC2-S)+TS-C1(20)如果以平移向量TW-C1和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C1來描述副像機(jī)C1相對(duì)于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PC1＝RW-C1·PW+TW-C1(21)則有RW-C1＝RS-C1·RC2-S·RW-C2(22)TW-C1＝RS-C1·RC2-S·TW-C2+RS-C1·TC2-S+TS-C1(23)主像機(jī)C0和副像機(jī)C1固連，接力像機(jī)C2和合作標(biāo)志S固連，因而環(huán)境的振動(dòng)不會(huì)引起RC1-C0，TC1-C0，RC2-S和TC2-S的變化。環(huán)境的振動(dòng)將會(huì)引起RS-C1，TS-C1，RW-C2和TW-C2的變化，設(shè)由于環(huán)境的振動(dòng)使這些量分別變化為R’S-C1，T’S-C1，R’W-C2和T’W-C2；設(shè)由于環(huán)境的振動(dòng)使副像機(jī)C1相對(duì)于固定參考物W的位置和姿態(tài)變化為T’W-C1和R’W-C1，則有R′W-C1＝R′S-C1·RC2-S·R′W-C2(24)T′W-C1＝R′S-C1·RC2-S·T′W-C2+R′S-C1·TC2-S+TS-C1(25)設(shè)環(huán)境振動(dòng)引起的TW-C1和RW-C1的變化量分別為ΔTW-C1和ΔRW-C1，即R′W-C1＝RW-C1·ΔRW-C1(26)T′W-C1＝TW-C1+ΔTW-C1(27)則ΔRW-C1=RW-C1-1·RW-C1′--(28)]]>ΔTW-C1＝T′W-C1-TW-C1(29)如果以平移向量TW-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C0來描述主像機(jī)C0相對(duì)于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PC0＝RW-C0·PW+TW-C0(30)又由于PC1＝RW-C1·PW+TW-C1(31)
PC0＝RC1-C0·PC1+TC1-C0(32)由(31)和(32)式，得PC0＝RC1-C0·RW-C1·PW+RC1-C0·TW-C1+TC1-C0(33)因而有RW-C0＝RC1-C0·RW-C1(34)TW-C0＝RC1-C0·TW-C1+TC1-C0(35)設(shè)由于環(huán)境的振動(dòng)使主像機(jī)C0相對(duì)于固定參考物W的位置和姿態(tài)變化為T’W-C0和R’W-C0，則有R′W-C0＝RC1-C0·R′W-C1(36)T′W-C0＝RC1-C0·T′W-C1+TC1-C0(37)設(shè)環(huán)境振動(dòng)引起的TW-C0和RW-C0的變化量分別為ΔTW-C0和ΔRW-C0，即R′W-C0＝RW-C0·ΔRW-C0(38)T′W-C0＝TW-C0+ΔTW-C0(39)則ΔRW-C0=RW-C0-1·RW-C0′--(40)]]>ΔTW-C0＝T′W-C0-TW-C0(41)將(34)～(37)式代入(40)和(41)式，并考慮到旋轉(zhuǎn)矩陣單位正交，有ΔRW-C0=RW-C1T·RW-C1′--(42)]]>ΔTW-C0＝RC1-C0·(T′W-C1-TW-C1) (43)注意到(28)和(29)式，可得主像機(jī)相對(duì)固定參考物的位置和姿態(tài)變化量與副像機(jī)相對(duì)固定參考物的位置和姿態(tài)變化量間的關(guān)系為ΔRW-C0＝ΔRW-C1(44)ΔTW-C0＝RC1-C0·ΔTW-C1(45)進(jìn)而得ΔRW-C0=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RS-C1′·RC2-S·RW-C2′--(46)]]>ΔTW-C0=RC1-C0·(RS-C1′·RC2-S·TW-C2′+RS-C1′·TC2-S+TS-C1′-RS-C1·RC2-S·TW-C2-RS-C1·TC2-S-TS-C1)--(47)]]>(46)式和(47)式等號(hào)右側(cè)的各項(xiàng)都可以通過前期標(biāo)定或用主像機(jī)C0測(cè)量C0和目標(biāo)T間相對(duì)位置和姿態(tài)或用副像機(jī)C1測(cè)量C1和合作標(biāo)志S間相對(duì)位置和姿態(tài)或用接力像機(jī)C2測(cè)量C2和固定參考物W間相對(duì)位置和姿態(tài)的方法得到，因而可以據(jù)此解算出主像機(jī)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)的變化量，用來對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。
關(guān)于測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備可采用的其它布局方式。測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用如圖2(a)、(b)或(c)的布局方式。
圖2(a)表示的設(shè)備布局方式是，像機(jī)C0拍攝待測(cè)目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機(jī)C1拍攝合作標(biāo)志S，像機(jī)C2與C1固連，C2拍攝實(shí)驗(yàn)環(huán)境外的固定參考物W。
圖2(b)表示的設(shè)備布局方式是，像機(jī)C0拍攝待測(cè)目標(biāo)G，像機(jī)C1與C0固連，像機(jī)C1拍攝合作標(biāo)志S，像機(jī)C2與實(shí)驗(yàn)環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S。
圖2(c)表示的設(shè)備布局方式是，像機(jī)C0拍攝待測(cè)目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機(jī)C1拍攝合作標(biāo)志S，合作標(biāo)志S與C1固連，像機(jī)C2與實(shí)驗(yàn)環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S’。
由以上可知，本發(fā)明為用于消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法。本方法通過在振動(dòng)環(huán)境中工作的主像機(jī)上固連副像機(jī)，在副像機(jī)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境以外的固定參考物間某一即可通視副像機(jī)又可通視固定參考物的位置安裝一固連合作標(biāo)志的接力像機(jī)，構(gòu)成姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)；既可以直接由這套系統(tǒng)通過接力測(cè)量得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)，也可以用此姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力測(cè)量得到由于環(huán)境振動(dòng)引起的副像機(jī)位置和姿態(tài)的變動(dòng)，從而得到主像機(jī)的位置和姿態(tài)的變動(dòng)并據(jù)此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。本測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用其它的布局方式。本方法的意義在于在振動(dòng)環(huán)境使主像機(jī)的位置、姿態(tài)發(fā)生變化而影響測(cè)量結(jié)果，并且固定參考物無法從實(shí)驗(yàn)位置通視的情況下，消除了振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)的影響。


圖1用于消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力方法原理圖；其中，G為待測(cè)目標(biāo)，OG-XGYGZG為目標(biāo)體坐標(biāo)系，C0為主像機(jī)，OC0-XC0YC0ZC0為主像機(jī)坐標(biāo)系，C1為副像機(jī)，OC1-XC1YC1ZC1為副像機(jī)坐標(biāo)系，C2為接力像機(jī)，OC2-XC2YC2ZC2為接力像機(jī)坐標(biāo)系，S為合作標(biāo)志，OS-XSYSZS為合作標(biāo)志坐標(biāo)系，W為固定參考物，OW-XWYWZW為固定參考物坐標(biāo)系；圖2(a)設(shè)備布局方式之二；其中，G為待測(cè)目標(biāo)，S為合作標(biāo)志，W為固定參考物，C0、C1、C2為像機(jī)；
圖2(b)設(shè)備布局方式之三；其中，G為特測(cè)目標(biāo)。S為合作標(biāo)志，W為固定參考物，C0、C1、C2為像機(jī)；圖2(c)設(shè)備布局方式之四；其中，G為待測(cè)目標(biāo)，S、S’為合作標(biāo)志，W為固定參考物，C0、C1、C2為像機(jī)。
具體實(shí)施例方式
1.制備和安裝姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)；2.標(biāo)定各像機(jī)或像機(jī)系統(tǒng)，標(biāo)定主副像機(jī)之間、接力像機(jī)與所固連的合作標(biāo)志之間的相對(duì)位置和姿態(tài)；3.如果實(shí)驗(yàn)中需要如前所述的通過姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力標(biāo)定主像機(jī)位置和姿態(tài)受振動(dòng)環(huán)境影響所發(fā)生的變化，則在實(shí)驗(yàn)開始前由姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)采集不受環(huán)境振動(dòng)影響下的圖像，解算各旋轉(zhuǎn)矩陣、平移向量等；4.在實(shí)驗(yàn)中，與主像機(jī)對(duì)目標(biāo)采圖同步的，姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)各像機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的采圖；5.根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，進(jìn)行如前所述的關(guān)于通過姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力直接得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)固定參考物的位置和姿態(tài)或通過姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力標(biāo)定主像機(jī)位置和姿態(tài)受振動(dòng)環(huán)境影響所發(fā)生的變化的數(shù)據(jù)處理。
權(quán)利要求
1.一種消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法，其特征是，它包括在振動(dòng)并且相對(duì)較封閉的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中用主像機(jī)拍攝目標(biāo)的圖象；副像機(jī)與主像機(jī)固連；在某一既可通視副像機(jī)又可通視固定參考物的位置安裝一固連有合作標(biāo)志的接力像機(jī)，由副像機(jī)、接力像機(jī)及其所固連的合作標(biāo)志構(gòu)成姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)；由所述姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)通過接力測(cè)量得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)或用此姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力測(cè)量得到由于環(huán)境振動(dòng)引起的副像機(jī)位置和姿態(tài)的變動(dòng)，從而得到主像機(jī)的位置和姿態(tài)的變動(dòng)并據(jù)此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法，其特征是，以平移向量TG-W和旋轉(zhuǎn)矩陣RG-W來描述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)，則有RG-W=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·RG-C0]]>TG-W=-RW-C2T·TW-C2+RW-C2T·RC2-ST·TC2-S+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·TS-C1+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TC1-C0-RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TG-C0]]>其中，TW-C2，RW-C2為描述固定參考物與接力像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TC2-S，RC2-S為描述接力像機(jī)與合作標(biāo)志間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TS-C1，RS-C1為描述合作標(biāo)志與副像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TC1-C0，RC1-C0為描述主像機(jī)與副像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TG-C0，RG-C0為描述待測(cè)目標(biāo)與主像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；以上兩式等號(hào)右側(cè)的各項(xiàng)均由前期標(biāo)定或用主像機(jī)測(cè)量主像機(jī)與目標(biāo)間相對(duì)位置和姿態(tài)或用副像機(jī)測(cè)量副像機(jī)與合作標(biāo)志間相對(duì)位置和姿態(tài)或用接力像機(jī)測(cè)量接力像機(jī)與固定參考物間相對(duì)位置和姿態(tài)的方法得到，據(jù)此解算出待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法，其特征是，設(shè)環(huán)境振動(dòng)引起的主像機(jī)相對(duì)固定參考物的位置和姿態(tài)的變化量分別為ΔTW-C0和ΔRW-C0，則有ΔRW-C0=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RS-C1′·RC2-S·RW-C2′]]>ΔTW-C0=RC1-C0·RS-1′·RC2-S·TW-C2′+RS-C1′·TC2-S+TS-C1′-RS-C1·RC2-S·TW-C2-RS-C1·TC2-S-TS-C1]]>其中，TW-C2，RW-C2為描述環(huán)境無振動(dòng)時(shí)固定參考物與接力像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；T’W-C2，R’W-C2為描述環(huán)境有振動(dòng)時(shí)固定參考物與接力像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TC2-S，RC2-S描述接力像機(jī)與合作標(biāo)志間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TS-C1，RS-C1為描述環(huán)境無振動(dòng)時(shí)合作標(biāo)志與副像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；T’S-C1，R’S-C1為描述環(huán)境有振動(dòng)時(shí)合作標(biāo)志與副像機(jī)間相對(duì)位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；RC1-C0為描述主像機(jī)與副像機(jī)間相對(duì)姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)矩陣；以上兩式等號(hào)右側(cè)的各項(xiàng)都由前期標(biāo)定或用主像機(jī)測(cè)量主像機(jī)與目標(biāo)間相對(duì)位置和姿態(tài)或用副像機(jī)測(cè)量副像機(jī)和合作標(biāo)志間相對(duì)位置和姿態(tài)或用接力像機(jī)測(cè)量接力像機(jī)和固定參考物間相對(duì)位置和姿態(tài)的方法得到，據(jù)此解算出主像機(jī)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)的變化量而對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法，其特征是所述測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備的另一種布局是，像機(jī)C0拍攝待測(cè)目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機(jī)C1拍攝合作標(biāo)志S，像機(jī)C2與C1固連，C2拍攝實(shí)驗(yàn)環(huán)境外的固定參考物W。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法，其特征是所述測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備的又一種布局是，像機(jī)C0拍攝待測(cè)目標(biāo)G，像機(jī)C1與C0固連，像機(jī)C1拍攝合作標(biāo)志S，像機(jī)C2與實(shí)驗(yàn)環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法，其特征是所述測(cè)量系統(tǒng)中各設(shè)備的再一種布局是，像機(jī)C0拍攝待測(cè)目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機(jī)C1拍攝合作標(biāo)志S，合作標(biāo)志S’與C1固連，像機(jī)C2與實(shí)驗(yàn)環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S’。
全文摘要
一種用于消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)影響的姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力的方法。該方法是，在振動(dòng)環(huán)境中工作的主像機(jī)上固連副像機(jī)，在副像機(jī)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境以外的固定參考物間某一即可通視副像機(jī)又可通視固定參考物的位置安裝一固連合作標(biāo)志的接力像機(jī)，構(gòu)成姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)；既可以直接由這套系統(tǒng)通過接力測(cè)量得到待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于固定參考物的位置和姿態(tài)，也可以通過姿態(tài)像機(jī)系統(tǒng)接力測(cè)量得到由于環(huán)境振動(dòng)引起的副像機(jī)位置和姿態(tài)的變動(dòng)，從而得到主像機(jī)的位置和姿態(tài)的變動(dòng)并據(jù)此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。測(cè)量設(shè)備的布局可以采用多種方式。在振動(dòng)環(huán)境使主像機(jī)的位置、姿態(tài)發(fā)生變化而影響測(cè)量結(jié)果，并且固定參考物無法從實(shí)驗(yàn)位置通視的情況下，能夠消除振動(dòng)環(huán)境對(duì)光測(cè)的影響。
文檔編號(hào)G01C11/00GK1584502SQ0312475
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者于起峰, 尚洋, 丁曉華, 孫祥一 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)