一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置，其特征在于：燈源位于信標燈箱的內(nèi)部，信標燈箱的六個平面背景均為黑色，黑色背景上設有N行N列的標識點；所述標識點的排布為：中心為特殊標識點，周圍全部為白色標準圓形標識點；所述特殊標識點為在六個面上的特殊標識圖形為：白色圓形、黑色圓形、1/4白色圓形、2/4白色圓形、3/4白色圓形和兩個1/4白色圓形形成的八字形。本發(fā)明可廣泛用于航天器近距離相對位置和姿態(tài)的視覺測量、地面各種運動體的位置姿態(tài)視覺測量，水下航行器的位置姿態(tài)視覺測量等。
【專利說明】一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)數(shù)字攝影測量技術，尤其涉及一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)數(shù)字攝影測量中，人工標識作為特征點起著相當重要的作用。為了滿足不同的測量任務和測量環(huán)境的需要，國內(nèi)外的學者和測量工作者設計了各種類型的人工標識，包括球形標識、普通漫反射標識、激光投影標識、彩色標識以及回光反射標識。
[0003](I)球形標識:在工業(yè)數(shù)字攝影測量中，球形標識圖像的形狀與像機主光軸和標志平面法線夾角有關。正直攝影情況下(攝影主光軸與平面法線平行)，球形標識的成像也為圓形，但非正直攝影及攝影主光軸與平面法線不平行情況下，球形標識的成像為橢圓或圓錐的一部分，隨著主光軸與標志法線夾角增大，標識圖像所成的橢圓也越窄，橢圓圖像越窄，在識別與定位時會增加識別的難度、降低定位精度，匹配精度也越低。
[0004](2)普通漫反射標識:攝影測量中，普通漫反射標識一般是以白色為背景的黑色圓或以黑色為背景的白色圓為標識點，目的是使標識自身的顏色和背景顏色有較大的反差。
[0005]( 3)激光投影標識:激光點既可以在經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)中作為標識使用，又可以在攝影測量中使用。激光點由激光投點器投影得到，實際上是一種投影標識。
[0006](4)彩色標識:工業(yè)數(shù)字攝影測量使用彩色標志是利用了光的相減混色法。在白光照射下，青色顏料能吸收紅色而反射青色，黃色顏料吸收藍色而反射黃色，品紅顏料吸收綠色而反射品紅。另外，如果把青色和黃色兩種顏料混合，在白光照射下，由于顏料吸收了紅色和藍色,從而反射了綠色。
[0007](5)回光反射標識是由具有回光反射材料的反射膜制作而成的，這種回光反射膜由一面帶有背膠，能夠粘貼在被測物體上，另一面由直徑大約50um的玻璃微珠或微晶立方角體組成?；毓夥瓷洳牧系脑硎欠垂獠牧现卸己幸环N高折射率玻璃微珠或微晶立方角體，將入射光按原路反射回光源處，形成回歸反射現(xiàn)象。
[0008]以上這些已有標識的應用都存在自身的限制，例如，球形標識對外部照明就很敏感，當照明光線與球形表面交角減小時，會產(chǎn)生陰影；激光投影標識的光點不穩(wěn)定且會形成光斑，從而影響位置和姿態(tài)的測量；彩色標識容易丟失標識的空間分辨率，不利于觀測和數(shù)據(jù)處理；回光反射標識中玻璃微珠的形狀不可能十分一致完整以及不同波長的光有不同的角度偏差，所以反射光不可能與入射光完全平行，這樣就會造成測量的誤差。
[0009]然而對于普通漫反射標識，其標識圖像與背景之間有較大的對比度，在識別和定位時比較容易。這種標識制作方便，不需要很多特殊的材料和制作工藝，而且這種標識的成像受攝影角度影響很小，可以在測量過程中進行大角度攝影。但是這種標識圖案的設計目前集中于黑白大小相同的圓點且分布較密(如圖1所示)，不利于快速觀測和識別。本發(fā)明正是針對其不足，基于普通漫反射人工標識的原理設計并給出了有利于快速觀測和識別的人工標識圖案。[0010]見文獻:1、陳玉萍，蘇博.攝影測量中標記點編碼與解碼的方法[J].技術與創(chuàng)新管理，2009，30 (4) ;2、范生宏，李廣云，黃桂平.工業(yè)數(shù)字攝影測量中人工標志的研究與應用[D].2006 ;3、馬揚飚，鐘約先，戴小林.基于編碼標志點的數(shù)碼相機三維測量與重構[J].光學技術，2006，32 (6) ;4、鄭曉杰，王軍杰，左春.基于幾何特性的攝影測量標記點信息處理方法[J].測量測試技術，2007，34 (5):49一52。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]要解決的技術問題
[0012]為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置，可用于航天器近距離相對位置和姿態(tài)的視覺測量、地面各種運動體的位置姿態(tài)視覺測量，水下航行器的位置姿態(tài)視覺測量等。
[0013]技術方案
[0014]一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置，其特征在于包括正六面體信標燈箱4、燈源和標識點；燈源位于信標燈箱4的內(nèi)部，信標燈箱4的六個平面背景均為黑色，黑色背景上設有N行N列的標識點；所述標識點的排布為:中心為特殊標識點2，周圍全部為白色標準圓形標識點3 ;所述特殊標識點2為在六個面上的特殊標識圖形為:白色圓形、黑色圓形、1/4白色圓形、2/4白色圓形、3/4白色圓形和兩個1/4白色圓形形成的八字形。
[0015]所述N為奇數(shù)且大于等于3。
[0016]一種所述視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置的使用方法，其特征在于步驟如下:將標識裝置固定在被標示物體上，且標識裝置的三個方向的坐標主軸與標識裝置三個方向的坐標主軸一致。
[0017]有益效果
[0018]本發(fā)明提出的一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置，基于主動發(fā)光標識，光源采用LED燈，利用普通漫反射的工作原理進行人工標識的設計，特別地，為了方便對動態(tài)物體的檢測，人為設計了一組便于識別的特殊標識，通過對這些特殊標識的觀測和處理，可方便地實現(xiàn)三維空間內(nèi)動態(tài)物體位置和姿態(tài)的確定。
[0019]本發(fā)明的信標箱上的人工標識輔助實現(xiàn)運動物體位置和姿態(tài)的快速定位，可在大范圍實現(xiàn)運動物體位姿的視覺測量。本發(fā)明可以實現(xiàn)對運動物體位置和姿態(tài)的快速視覺測量。通過合理選擇分布在特征信標箱上最中間的特征點，可以實現(xiàn)運動物體三維位置和姿態(tài)的快速測量。本發(fā)明可廣泛用于航天器近距離相對位置和姿態(tài)的視覺測量、地面各種運動體的位置姿態(tài)視覺測量，水下航行器的位置姿態(tài)視覺測量等。
[0020]本發(fā)明原理簡單，制作簡單，操作方便，實用性強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1:現(xiàn)有技術的漫反射人工標識圖案；
[0022]圖2:本發(fā)明的人工標識圖案；
[0023]其中，I是特殊標識周圍分布的是大小相同的圓；2是人工標識圖案中間的特殊標識點；3是黑色背景；4是制作好的信標燈箱；
[0024]圖3:本發(fā)明標識裝置中六面體的標識圖案；[0025]圖4:本發(fā)明實施例標識裝置中六面體的標識圖案。；
[0026]圖5:本發(fā)明實施例的標識裝置。
【具體實施方式】
[0027]現(xiàn)結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0028]本發(fā)明實施例針對室內(nèi)較暗環(huán)境下或者軌道空間夜景環(huán)境下的測量，因此設計的人工標識是一組位于黑色背景上的特殊白色圖案，目的是使標識自身的顏色和背景顏色有較大的反差，這樣有利于對被測動態(tài)物體位置和姿態(tài)的檢測和識別。
[0029]黑色背景上的白色人工標識圖案呈對稱分布，其最中間布設特殊圖案(稱為編碼標識點)，周圍全部為白色標準圓形圖案，形成N行N列，N為奇數(shù)，本實施例N等于3。
[0030]為了在三維空間對動態(tài)物體的六自由度運動狀態(tài)(位置和姿態(tài))進行快速識別和測量，本發(fā)明設計了一組(六個)人工標識，以3行3列為例，每個人工標識除了中間的編碼標識點不同，其余都相同。最中間的編碼標識點的圖案如圖3所示，特殊標識周圍分布的是大小相同的圓。
[0031]人工標識圖案如圖2所示。其中，I是特殊標識周圍分布的是大小相同的圓；2是人工標識圖案中間的特殊標識點；3是黑色背景；4是制作好的信標燈箱，燈箱內(nèi)安裝有LED光源。
[0032]所述標識點的排布為:中心為特殊標識點2，周圍的八個標識點3全部為白色標準圓形標識點；所述特殊標識點2為在六個面上的特殊標識圖形為:白色圓形、黑色圓形、1/4白色圓形、2/4白色圓形、3/4白色圓形和兩個1/4白色圓形形成的八字形。
[0033]將這一組人工標識沿著被標示物體的三個主軸垂直方向對稱地安裝，且標識裝置的三個方向的坐標主軸與標識裝置三個方向的坐標主軸一致。在物體運動過程中，根據(jù)視覺測量系統(tǒng)得到的圖像就能夠很快地判斷出當前物體的大致姿態(tài)，不用進行繁瑣的解算和遞推，減少了處理時間并且提高了實時性和測量精度。具體步驟如下:
[0034]第一步:根據(jù)被測動態(tài)物體結構，確定三個主軸方向。
[0035]第二步:根據(jù)被測動態(tài)物體的對稱結構，合理選擇人工標識的安裝平面和安裝位置。
[0036]第三步:根據(jù)測量范圍和具體安裝空間的大小，確定人工標識背景的尺寸，選擇尺寸大小合適的電路板，采用焊接技術將若干LED燈珠均勻安裝在電路板上。
[0037]第四步:采用絕緣性良好的材料制作與電路板尺寸大小合適的外殼，燈珠所在面上的殼體采用白色透光材料，然后將電路板固定其中，進行封裝(稱作信標箱)。
[0038]第五步:采用絲刻技術在黑色不透光薄膜材料(可粘貼)上，按照圖3設計的人工標識圖案精確刻出白色部分，然后將此黑色不透光薄膜平整地粘貼在信標箱的白色透光面上。
[0039]第TK步:接通電源，LED燈売,/[目標箱上僅能看到周圍白色圓和中間的特殊標識，其余部分是被黑色不透光薄膜材料遮蓋的背景。
[0040]第七步:將制作好的信標箱依次對稱安裝在被測動態(tài)物體三個主軸的垂直方向上，然后連接電源測試LED燈的照明程度。
[0041]第八步:將被測動態(tài)物體處于測量環(huán)境中，開啟視覺測量系統(tǒng)，通過對各個特征圓圓心圖案的識別和檢測，獲取各個特征圓圓心空間位置的實時測量結果。
[0042]第九步:根據(jù)每個面上的特殊編碼標識，基于一定的算法進行解算，最終可得到被測物體的位置和姿態(tài)。
【權利要求】
1.一種視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置，其特征在于包括正六面體信標燈箱(4)、燈源和標識點；燈源位于信標燈箱(4)的內(nèi)部，信標燈箱(4)的六個平面背景均為黑色，黑色背景上設有N行N列的標識點；所述標識點的排布為:中心為特殊標識點(2),周圍全部為白色標準圓形標識點(3);所述特殊標識點(2)為在六個面上的特殊標識圖形為:白色圓形、黑色圓形、1/4白色圓形、2/4白色圓形、3/4白色圓形和兩個1/4白色圓形形成的八字形。
2.根據(jù)權利要求1所述視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置，其特征在于:所述N為奇數(shù)且大于等于3。
3.根據(jù)權利要求1所述視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置，其特征在于:所述光源采用LED光源。
4.一種權利要求1或2或3所述視覺測量用接觸式主動發(fā)光平面標識裝置的使用方法，其特征在于步驟如下:將標識裝置固定在被標示物體上，且標識裝置的三個方向的坐標主軸與標識裝置三個方向的坐標主軸一致。
【文檔編號】G01C11/00GK103868501SQ201410111938
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】袁建平, 朱戰(zhàn)霞, 馬衛(wèi)華, 顧文娟, 方群, 羅建軍 申請人:西北工業(yè)大學