1.基于V型激光标靶图像识别的掘进机位姿检测系统,其特征在于,包括:十字激光指向仪,用于形成十字交叉线图像的激光投影;
半透光式V型激光标靶,用于将十字激光指向仪向半透光式V型激光标靶照射照射形成的激光投影l1、l'1、l2、l'2与激光标靶上参考点P1 P10的连线相交的7个特征点A、B、C、D、E、F、G;
数字摄像机,用于采集激光标靶上的图像;
图像处理计算机,用于进行如下操作:
建立巷道坐标系和掘进机机身坐标系双坐标系模型,双坐标系模型分别表示为OaXaYaZa和ObXbYbZb;
将激光标靶上的激光投影l1、l'1、l2、l'2与激光标靶上参考点P1 P10的连线相交的7个特征点A、B、C、D、E、F、G换算到机身坐标系中,表示为通过7个特征点可求得机身坐标系下的两个激光平面a(ABE)和平面b(CDF)和对应的法向量通过 可求得机身坐标系下平面XaOaZa的法向量
将法向量 绕十字激光中心线l0为旋转轴顺时针转动45°可求得平面XaOaYa和平面YaOaZa的法向量 通过一次平移变换Mt和两次旋转变换Mr1、Mr2将旋转轴l0变换为Yb轴,再通过相应的逆变换将对应的法向量 和旋转轴Yb轴变换为法向量 和旋转轴l0;
其中,通过平面a和平面b的平面方程求出旋转轴l0的直线方程,通过求机身坐标系原点Ob且垂直旋转轴l0于点P的直线方程l3,通过求出点P的坐标(x0 y0 z0),得到平移变换Mt:通过将旋转轴l0经过平移变换Mt变换为直线l'0,取直线l'0的单位向量(x1 y1 z1),求出点位向量在平面XbObZb上的投影 得到旋转变换Mr1、Mr2:法向量 表示为:
旋转变换My为绕Yb轴顺时针旋转45°所对应的变换,旋转变换My为:分别求出法向量 对应的单位法向量
对单位法向量矩阵 右乘转换矩阵R进行坐标变换N'·R=E,得到巷道坐标系下的机身方向向量:掘进机机身相对巷道坐标系下的偏向角α、俯仰角β、滚动角γ可表示为:取十字激光在激光标靶上投影的相交点G为参考点,求出该点与初始位置的偏移量(ΔXΔZ),设点G偏移后变换为点G',则偏移量(ΔXΔZ)的计算方法为:其中,
(X'G Y'GZ'G 1)=(XG YGZG 1)·Mα·Mβ·Mγ;
2.根据权利要求1所述的基于V型激光标靶图像识别的掘进机位姿检测系统,其特征在于,所述的十字激光指向仪,固定设于掘进巷道入口处,激光指向与掘进方向一致,发射的十字激光线在巷道空间形成的两个激光平面与巷道水平面都成45°。
3.根据权利要求1所述的基于V型激光标靶图像识别的掘进机位姿检测系统,其特征在于,所述的半透光式V型激光标靶,由2块同样大小的长方形半透光式靶面板材料构成,2块靶面板拼接构成1个带有折角的半透光式V型激光标靶,折角范围为30°~150°,半透光式V型激光标靶固定设于掘进机机身顶部平面。
4.根据权利要求1所述的基于V型激光标靶图像识别的掘进机位姿检测系统,其特征在于,所述的数字摄像机,固定设于掘进机半透光式V型激光标靶的后方。
5.根据权利要求1所述的基于V型激光标靶图像识别的掘进机位姿检测系统,其特征在于,还包括防尘罩,固定设于掘进机机身,用于在半透光式V型激光标靶和数字摄像机周围形成封闭空间。