專利名稱：非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)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，涉及一種非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角的無(wú)干擾、廉價(jià)的、高精度視覺(jué)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)近似模擬在軌運(yùn)行時(shí)處于失重狀態(tài)下的衛(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)轉(zhuǎn)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，例如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00410086057.4，名稱轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器的專利文獻(xiàn)中記載的技術(shù)方案等，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，因此本專利文件提供的接觸式測(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)包括繞垂直轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角和繞其他兩軸的傾斜角三個(gè)姿態(tài)角的測(cè)量裝置，且裝置結(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。本發(fā)明的目的還在于提供三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)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)臺(tái)面中心安裝有微型綠光激光器，氣浮臺(tái)臺(tái)面上安裝有彩色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，圖像采集卡裝入臺(tái)面上的控制單元PC/104，在三軸氣浮臺(tái)上方安裝由4個(gè)紅光LED和白色底板構(gòu)成的測(cè)量靶標(biāo)。
本發(fā)明的非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)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)是普通的彩色CCD攝像機(jī)。
2、所述的測(cè)量靶標(biāo)由構(gòu)成等腰三角形的3個(gè)紅光LED和位于三角形中心的紅光LED及白色底板構(gòu)成。
3、測(cè)量靶標(biāo)安裝在三軸氣浮臺(tái)上方，且三角形中心的紅光LED位于三軸氣浮臺(tái)垂直轉(zhuǎn)軸的正上方。
本發(fā)明的測(cè)量方法包括如下幾個(gè)步驟1)對(duì)CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；2)測(cè)量靶標(biāo)和氣浮臺(tái)臺(tái)面中心的微型綠光激光器加電；3)由彩色CCD攝像機(jī)采集由4個(gè)紅光LED和氣浮臺(tái)臺(tái)面中心的微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)白色底板上形成的光點(diǎn)構(gòu)成的彩色圖像，通過(guò)圖像采集卡采集到控制單元PC/104；4)對(duì)測(cè)量靶標(biāo)圖像上的五個(gè)特征像點(diǎn)進(jìn)行分割和匹配；5)對(duì)測(cè)量靶標(biāo)圖像上的五個(gè)特征像點(diǎn)中心進(jìn)行亞像素定位；6)計(jì)算氣浮臺(tái)臺(tái)面轉(zhuǎn)角；7)重復(fù)步驟3-6，實(shí)現(xiàn)非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角的連續(xù)測(cè)量。
本發(fā)明的非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量靶標(biāo)、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、氣浮臺(tái)臺(tái)面控制單元PC/104及微型綠光激光器等組成。測(cè)量靶標(biāo)由構(gòu)成等腰三角形的3個(gè)紅光LED和位于三角形中心的紅光LED及白色底板構(gòu)成，測(cè)量靶標(biāo)安裝于三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上方，且三角形中心的紅光LED位于三軸氣浮臺(tái)垂直轉(zhuǎn)軸的正上方；微型綠光激光器安裝在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面中心，在氣浮臺(tái)臺(tái)面沒(méi)有傾斜時(shí)，在測(cè)量靶標(biāo)上產(chǎn)生的光斑在三角形中心紅光LED處，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中在測(cè)量靶標(biāo)的白色底板上產(chǎn)生綠色光點(diǎn)，能夠輔助測(cè)量三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面的兩個(gè)傾斜角；CCD攝像機(jī)采用市場(chǎng)上普通的彩色CCD攝像機(jī)，固定在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上，能對(duì)測(cè)量靶標(biāo)進(jìn)行成像，并通過(guò)數(shù)據(jù)線與裝有圖像采集卡的氣浮臺(tái)臺(tái)面控制單元PC/104相連，完成測(cè)量靶標(biāo)的圖像采集。
該系統(tǒng)的基本工作原理是在三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，安裝于氣浮臺(tái)臺(tái)面中心的微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)上產(chǎn)生綠色光點(diǎn)，由CCD攝像機(jī)采集測(cè)量靶標(biāo)的四個(gè)LED及綠色光點(diǎn)構(gòu)成的圖像，并經(jīng)過(guò)圖像采集卡，變成數(shù)字圖像信號(hào)，其次由控制單元PC/104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，然后利用采集到的特征靶標(biāo)圖像信息計(jì)算三軸氣浮臺(tái)三個(gè)轉(zhuǎn)角。
作為本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)，選用了普通的彩色CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)由測(cè)量靶標(biāo)進(jìn)行成像，系統(tǒng)結(jié)果簡(jiǎn)單且成本低，并且能夠選擇高性能的CCD攝像機(jī)提高三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面轉(zhuǎn)角的測(cè)量精度。
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，提高測(cè)量靶標(biāo)與環(huán)境的對(duì)比度，采用多個(gè)具有一定構(gòu)型的紅光LED，為輔助測(cè)量氣浮臺(tái)的兩個(gè)傾角，且有利于光標(biāo)點(diǎn)的識(shí)別，在氣浮臺(tái)臺(tái)面中心安裝微型綠光激光器，能夠在氣浮臺(tái)傾斜時(shí)在測(cè)量靶標(biāo)的白色底板上產(chǎn)生綠色光點(diǎn)。
本發(fā)明采用一套彩色CCD攝像機(jī)采集由測(cè)量靶標(biāo)上的4個(gè)紅光LED和氣浮臺(tái)臺(tái)面中心微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)白色底板上形成的光點(diǎn)構(gòu)成的圖像，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論并結(jié)合測(cè)量靶標(biāo)和CCD攝像機(jī)的安裝信息，計(jì)算出氣浮臺(tái)臺(tái)面的三個(gè)轉(zhuǎn)角，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)轉(zhuǎn)角的非接觸、無(wú)擾動(dòng)、大范圍、高頻率的測(cè)量。其主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在1、該系統(tǒng)采用非接觸式的視覺(jué)測(cè)量，氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量過(guò)程不會(huì)對(duì)三軸氣浮臺(tái)運(yùn)動(dòng)造成干擾；2、采用紅光LED構(gòu)成的測(cè)量靶標(biāo)和輔助測(cè)量的微型綠光激光器相配合的手段，能夠提高測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)與周圍環(huán)境光照的對(duì)比度，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)高精度的轉(zhuǎn)角測(cè)量。


圖1是非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)的基本原理示意圖。
圖2是測(cè)量靶標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)涉及到的坐標(biāo)系。
圖4-5是三軸氣浮臺(tái)僅有繞垂直轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的靶標(biāo)成像示意圖。
圖6-7是三軸氣浮臺(tái)有傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的靶標(biāo)成像示意圖。
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是測(cè)量靶標(biāo)，2是微型綠光激光器，3是三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面電源系統(tǒng)，4是氣浮臺(tái)臺(tái)面控制單元PC-104，5是圖像采集卡，6是球面氣浮軸承，7是彩色CCD攝像機(jī)，8是三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面電源系統(tǒng)，9是三軸氣浮臺(tái)基座，10是壓縮氮?dú)馄俊?br> 本發(fā)明所述的測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量靶標(biāo)、微型綠光激光器、彩色CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、氣浮臺(tái)臺(tái)面控制單元PC/104。
測(cè)量靶標(biāo)采用紅光LED，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按照一定的構(gòu)型安裝構(gòu)成測(cè)量靶標(biāo)。一種實(shí)施方式是采用4個(gè)紅光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)構(gòu)成銳角等腰三角形，LED(204)在由LED(201，202，203)構(gòu)成的等腰三角形的中心，且滿足Hc＜H/2，測(cè)量靶標(biāo)固定在三軸氣浮臺(tái)上方，使得LED(204)位于三軸氣浮臺(tái)的正上方，也就是在氣浮臺(tái)垂直轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線上。
為輔助測(cè)量氣浮臺(tái)的兩個(gè)傾斜角，在氣浮臺(tái)臺(tái)面中心安裝微型綠光激光器，當(dāng)氣浮臺(tái)臺(tái)面沒(méi)有傾斜時(shí)，微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)上產(chǎn)生的光點(diǎn)位于紅光LED(204)處，當(dāng)氣浮臺(tái)臺(tái)面傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在測(cè)量靶標(biāo)的白色底板上產(chǎn)生綠色光點(diǎn)，有別于測(cè)量靶標(biāo)上的紅光LED，便于特征光標(biāo)點(diǎn)的識(shí)別。
CCD攝像機(jī)采用市場(chǎng)上普通的彩色CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)固定在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面上，隨三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面轉(zhuǎn)動(dòng)，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)量靶標(biāo)清晰成像，并通過(guò)數(shù)據(jù)線與裝有圖像采集卡的氣浮臺(tái)臺(tái)面控制單元PC/104相連，完成測(cè)量靶標(biāo)彩色圖像的采集。采用紅光LED的測(cè)量靶標(biāo)以及微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)的白色底板上成綠色光點(diǎn)，成像背景簡(jiǎn)單，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。
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)轉(zhuǎn)角非接觸式測(cè)量之前，首先介紹一下三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)所涉及的坐標(biāo)系。如附圖3所示，該系統(tǒng)共涉及了4種坐標(biāo)系系統(tǒng)1)氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系 近似認(rèn)為是一靜止坐標(biāo)系， 軸同測(cè)量靶標(biāo)的LED(204)指向LED(201)的方向相一致， 軸垂直向上，并通過(guò)LED(204)， 與 構(gòu)成右手坐標(biāo)系；2)氣浮臺(tái)臺(tái)面坐標(biāo)系 原點(diǎn)在氣浮臺(tái)球面軸承球心，固連與氣浮臺(tái)臺(tái)面，隨氣浮臺(tái)臺(tái)面一同轉(zhuǎn)動(dòng)，氣浮臺(tái)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三坐標(biāo)軸方向同氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系坐標(biāo)軸方向相一致；3)CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系 坐標(biāo)原點(diǎn)在CCD攝像機(jī)投影中心，坐標(biāo)軸指向與氣浮臺(tái)臺(tái)面坐標(biāo)系一致；4)像平面坐標(biāo)系 坐標(biāo)原點(diǎn)在像平面的左下角，坐標(biāo)軸方向與CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系的 軸一致；顯然，對(duì)于本發(fā)明的轉(zhuǎn)角視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)講，最關(guān)心的是氣浮臺(tái)臺(tái)面繞氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系三軸的轉(zhuǎn)角，包括三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面繞 的旋轉(zhuǎn)角θ及繞 軸的傾斜角φ，θ，定義為氣浮臺(tái)臺(tái)面的姿態(tài)角，測(cè)量時(shí)假設(shè)CCD攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)及安裝信息、測(cè)量靶標(biāo)構(gòu)型參數(shù)及安裝信息等已知。
由于氣浮臺(tái)基座坐標(biāo)系 軸同測(cè)量靶標(biāo)的LED(204)指向LED(201)的方向相一致，因此由附圖4-5可以看出，三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面繞 軸的旋轉(zhuǎn)角θ為L(zhǎng)ED(204)指向LED(201)的矢量與CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系 軸的夾角，表示為θ＝cos-1(b1·n1) (1)其中，b1為 軸上的單位矢量；n1為 上的單位矢量。
在像平面坐標(biāo)系中，b1，n1可分別表示為b‾1=10]]>n‾1=1(x1-x4)2+(y1-y4)2x1-x4y1-y4---(3)]]>其中(x1，y1)，(x4，y4)分別為L(zhǎng)ED(201)和LED(204)在像平面坐標(biāo)系內(nèi)的像點(diǎn)坐標(biāo)。
由附圖6-7可知，在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面有繞 軸的傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，繞 的φ和繞 軸的兩轉(zhuǎn)角可表示為
φ=tan-1(xG-x4(xG/ru)Lu)]]> 其中，(xG，yG)為微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)白色底板上所成光點(diǎn)在像平面的像點(diǎn)坐標(biāo)；ru為CCD攝像機(jī)安裝位置與氣浮臺(tái)臺(tái)面中心的距離，為已知量；Lu為三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面旋轉(zhuǎn)中心與測(cè)量靶標(biāo)之間的距離，為已知量。
綜上，三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角非接觸式測(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(jiàn)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(jué)傳感器標(biāo)定方法”，申請(qǐng)?zhí)?3142658.1，
公開(kāi)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)量靶標(biāo)的一幅彩色圖像；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)行特征識(shí)別和匹配，相關(guān)算法參見(jiàn)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)根據(jù)提取的測(cè)量光標(biāo)點(diǎn)的像坐標(biāo)，利用式(1)、式(4)和式(5)計(jì)算三軸氣浮臺(tái)三個(gè)轉(zhuǎn)角。
根據(jù)本發(fā)明提出的姿態(tài)角視覺(jué)測(cè)量裝置和測(cè)量方法，建立了實(shí)際系統(tǒng)，對(duì)三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)量，選取測(cè)量靶標(biāo)的4個(gè)紅光LED構(gòu)形參數(shù)為H＝391.9mm，Hc＝72.6mm，W＝351.6mm；CCD攝像機(jī)為1/3″CCD彩色攝像機(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1.5m處；選用微型綠光激光器參數(shù)為輸出功率1mw，輸出波長(zhǎng)532nm，光斑直徑0.1mm，光束發(fā)散角10mrad；亞像素精度定位誤差小于0.2像素；控制單元選用通用的主頻66MHz的PC/104。最后的姿態(tài)角測(cè)量精度優(yōu)于0.1度，滿足三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量精度要求。
本發(fā)明的測(cè)量精度受CCD攝像機(jī)性能及光標(biāo)點(diǎn)定位精度等因素的影響，因此能夠通過(guò)選擇高性能的CCD攝像機(jī)和高精度定位算法來(lái)提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于在三軸氣浮臺(tái)的臺(tái)面中心安裝有微型綠光激光器，氣浮臺(tái)面上裝有測(cè)量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，圖像采集卡裝入臺(tái)面上的控制單元PC/104，在三軸氣浮臺(tái)上方安裝由4個(gè)紅光LED和白色底板構(gòu)成的測(cè)量靶標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于所述的CCD攝像機(jī)是普通的彩色CCD攝像機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于所述的測(cè)量靶標(biāo)由構(gòu)成等腰三角形的3個(gè)紅光LED和位于三角形中心的紅光LED及白色底板構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特點(diǎn)在于測(cè)量靶標(biāo)安裝在三軸氣浮臺(tái)上方，且三角形中心的紅光LED位于三軸氣浮臺(tái)垂直轉(zhuǎn)軸的正上方。
5.一種非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量的方法，其特征在于該測(cè)量方法包括如下幾個(gè)步驟1)對(duì)CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；2)測(cè)量靶標(biāo)和氣浮臺(tái)臺(tái)面中心的微型綠光激光器加電；3)由彩色CCD攝像機(jī)采集由4個(gè)紅光LED和氣浮臺(tái)臺(tái)面中心的微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)白色底板上形成的光點(diǎn)構(gòu)成的彩色圖像，通過(guò)圖像采集卡采集到控制單元PC/104；4)對(duì)測(cè)量靶標(biāo)圖像上的五個(gè)特征像點(diǎn)進(jìn)行分割和匹配；5)對(duì)測(cè)量靶標(biāo)圖像上的五個(gè)特征像點(diǎn)中心進(jìn)行亞像素定位；6)計(jì)算氣浮臺(tái)臺(tái)面轉(zhuǎn)角；7)重復(fù)步驟3-6，實(shí)現(xiàn)非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角的連續(xù)測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種非接觸式三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)面中心安裝有微型綠光激光器，臺(tái)面上裝有彩色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，圖像采集卡裝入氣浮臺(tái)臺(tái)面控制單元PC/104，在氣浮臺(tái)上方安裝由4個(gè)紅光LED和白色底板構(gòu)成的測(cè)量靶標(biāo)。采用彩色CCD攝像機(jī)采集由4個(gè)紅光LED和微型綠光激光器在測(cè)量靶標(biāo)白色底板上形成的光點(diǎn)構(gòu)成的圖像，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論并結(jié)合測(cè)量靶標(biāo)及CCD攝像機(jī)安裝信息，計(jì)算出氣浮臺(tái)臺(tái)面的轉(zhuǎn)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)轉(zhuǎn)角的非接觸、無(wú)擾動(dòng)、大范圍、高頻率的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1912534SQ20061001043
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者曹喜濱, 張世杰, 孫兆偉, 張國(guó)威, 葉永馳, 劉麗霞 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)