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专利号: 2025102740102
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于转镜式双目视觉激光跟踪断光恢复系统的断光恢复方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1)当激光跟踪仪发生断光时,对双目视觉模块中两个红外照明光源所发射的红外光束进行调制,再使用每个红外照明光源对应的相机,在红外光束的调制波峰和调制波谷各获取一幅靶镜图像,获取两幅靶镜图像的帧差图像,经图像处理后,得到相机成像平面上目标靶镜位置;

S2)使用预先构建的修正后虚拟成像平面模型,根据两个相机成像平面上目标靶镜位置,获得虚拟成像平面上目标靶镜位置和预测断光恢复旋转角度;所述预测断光恢复旋转角度包括预测方位旋转角度和预测俯仰旋转角度;

S3)将步骤S2得到的虚拟成像平面上目标靶镜位置输出到预先构建的误差模型中,得到对应的预测误差,通过预测误差对步骤S2得到的所述预测断光恢复旋转角度进行补偿,得到补偿后断光恢复旋转角度;所述补偿后断光恢复旋转角度包括补偿后方位旋转角度和补偿后俯仰旋转角度;

S4)根据补偿后断光恢复旋转角度控制转镜式激光跟踪仪,使激光束重新对准目标靶镜(5)。

2.根据权利要求1所述的断光恢复方法,其特征在于:所述步骤S2中,通过以下公式处理两个相机成像平面上目标靶镜位置,获得虚拟成像平面上目标靶镜位置:OX=(PLX+PRX)/2

OY=(PLY+PRY)/2

式中,OX、OY分别表示虚拟成像平面上目标靶镜位置的X、Y方向坐标;PLX、PLY分别表示第一相机成像平面上目标靶镜位置的X、Y方向坐标,PRX、PRY分别表示第二相机成像平面上目标靶镜位置的X、Y方向坐标。

3.根据权利要求1所述的断光恢复方法,其特征在于:所述步骤S2中,通过以下公式得到预测断光恢复旋转角度:式中,θX表示预测方位旋转角度,θY表示预测俯仰旋转角度,PLX、PLY分别表示第一相机成像平面上目标靶镜位置X、Y方向坐标,PRX、PRY分别表示第二相机成像平面上目标靶镜位置X、Y方向坐标,CX、CY分别表示虚拟成像平面上的目标靶镜零点位置X、Y方向坐标,p表示标定的虚拟成像平面坐标到实际测量空间距离系数,f表示相机的镜头焦距。

4.根据权利要求1所述的断光恢复方法,其特征在于:所述步骤S2中,所述修正后虚拟成像平面模型中,相机视轴与激光光轴重合;修正后虚拟成像平面模型的构建过程具体为:建立一个相机视轴与激光光轴重合的虚拟成像平面模型;将激光束对准目标靶镜(5),在虚拟成像平面模型中,对虚拟成像平面上目标靶镜零点位置进行标定;并对虚拟成像平面坐标与激光跟踪仪二维转台坐标的轴间夹角进行修正。

5.根据权利要求1所述的断光恢复方法,其特征在于:所述步骤S3具体为:将步骤S2得到的虚拟成像平面上目标靶镜位置分别输入到误差模型中的两个线性关系模型中,得到对应的方位旋转角度预测误差和俯仰旋转角度预测误差;两个线性关系模型分别为虚拟成像平面上目标靶镜位置与方位旋转角度预测误差、俯仰旋转角度预测误差的线性关系模型;

再使用方位旋转角度预测误差和俯仰旋转角度预测误差分别对预测方位旋转角度和预测俯仰旋转角度进行补偿,得到补偿后方位旋转角度和补偿后俯仰旋转角度,组合得到补偿后断光恢复旋转角度。

6.根据权利要求1所述的断光恢复方法,其特征在于:所述误差模型的构建过程具体为:

1)将激光束对准目标靶镜(5),并对虚拟成像平面上的目标靶镜零点位置进行标定;

2)控制方位电机(3)按照预设步长步进;每次步进后,使用角度光栅获取实际断光恢复角度,按照步骤S1获得两个相机成像平面上目标靶镜位置,再按照步骤S2获得虚拟成像平面上目标靶镜位置和预测方位旋转角度;获取实际断光恢复角度和预测方位旋转角度的差值,得到虚拟成像平面上目标靶镜当前位置对应的方位旋转角度预测误差;

3)采用拟合方法处理虚拟成像平面上目标靶镜不同位置对应的方位旋转角度预测误差,得到虚拟成像平面上目标靶镜位置和方位旋转角度预测误差的线性关系模型;

4)通过与步骤2~步骤3相同的过程,得到虚拟成像平面上目标靶镜位置和俯仰旋转角度预测误差的线性关系模型;

5)步骤3和步骤4得到的两个线性关系模型构成误差模型。

7.根据权利要求1所述的断光恢复方法,其特征在于:所述的步骤S4具体为:根据补偿后方位旋转角度驱动方位电机(3)旋转相同角度,根据补偿后俯仰旋转角度驱动俯仰电机(2)旋转一半的角度,使得激光束能够重新对准目标靶镜(5)。

8.一种应用于如权利要求1~7任一所述断光恢复方法的转镜式双目视觉激光跟踪断光恢复系统,其特征在于:包括转镜式激光跟踪仪和双目视觉模块;所述双目视觉模块包括两个识别模块,每个识别模块均包括相机和红外照明光源,两个识别模块中的相机对称布置于所述转镜式激光跟踪仪的激光光轴两侧。

9.根据权利要求8所述的转镜式双目视觉激光跟踪断光恢复系统,其特征在于:所述转镜式激光跟踪仪包括激光测距模块(1)、俯仰电机(2)、方位电机(3)、跟踪转镜(4)和目标靶镜(5);所述激光测距模块(1)用于发射和接收激光束,所述激光测距模块(1)的上方布置有方位电机(3),所述方位电机(3)上安装有俯仰电机(2),所述方位电机(3)和俯仰电机(2)组成二维转台;所述俯仰电机(2)上安装有跟踪转镜(4),所述激光测距模块(1)发射的激光束经跟踪转镜(4)反射后入射到目标靶镜(5),从目标靶镜(5)返回的激光束返回到激光测距模块(1);两个双目视觉模块对称布置于激光测距模块(1)发射的激光束两侧,且均与方位电机(3)连接;每个识别模块中的红外照明光源发射一条红外光束,依次经跟踪转镜(4)和目标靶镜(5)反射后,沿原光路返回到识别模块中的相机处并由相机接收。

10.根据权利要求9所述的转镜式双目视觉激光跟踪断光恢复系统,其特征在于,还包括:

数据处理主控模块(10),第一输入端、第二输入端分别与两个相机通信连接,用于接收每个相机采集到的波峰靶镜图像和波谷靶镜图像,使用修正后虚拟成像平面模型和误差模型处理后,得到补偿后断光恢复旋转角度;

电机驱动控制模块(11),输入端与数据处理主控模块(10)的第一输出端通信连接,输出端分别与俯仰电机(2)、方位电机(3)的控制端电连接;用于从数据处理主控模块(10)接收补偿后断光恢复旋转角度,根据补偿后断光恢复旋转角度控制两个电机旋转相应角度;

上位机(12),用于从数据处理主控模块(10)接收补偿后断光恢复旋转角度。