应用线阵犆犆犇的空间目标外姿态测量系统

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1、第１６卷第１期光学精密工程Ｖｏｌ．１６Ｎｏ．１２００８年１月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪａｎ．２００８文章编号１００４９２４Ｘ（２００８）０１０１６１０５应用线阵犆犆犇的空间目标外姿态测量系统艾莉莉，袁峰，丁振良（哈尔滨工业大学自动化测试与控制系，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要：设计了９路线阵ＣＣＤ相机组合的空间目标外姿态测量系统，该系统解决了面阵图像传感器用于姿态测量时存在的速度和精度的矛盾，能够实时重构放置于被测物体上的点合作目标在世界坐标系下的三维坐标，并经空间解算，确定被测物体的姿态角。该系统着眼于合作目标和相机光学系

2、统的相对位置，解决了多相机与多点合作目标一一对应时的目标干扰问题；设计了新的光学系统构架，提高了精度，节省了空间；实现了多相机测量系统的局部标定和全局标定。图像采样率为１３１６帧／ｓ时，姿态测量精度为１′。测试结果表明，该姿态测量系统可以实现对被测对象高精度的实时测量，且具有合作目标简单，价格低廉等优点。关键词：线阵ＣＣＤ；姿态测量；合作目标；多相机测量系统中图分类号：Ｖ２４８．３；Ｖ４４８．２２２文献标识码：Ａ犃狀犲狓狋犲狉犻狅狉犪狋狋犻狋狌犱犲犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狊狔狊狋犲犿犳狅狉狊狆犪狋犻犪犾狅犫犼犲犮狋犫犪狊犲犱狅狀犾犻狀犲犪狉犆犆犇ＡＩＬｉｌｉ，ＹＵ

3、ＡＮＦｅｎｇ，ＤＩＮＧＺｈｅｎｌｉａｎｇ（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犃狌狋狅犿犪狋犻犮犜犲狊狋犻狀犵犪狀犱犆狅狀狋狉狅犾，犎犪狉犫犻狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犎犪狉犫犻狀１５０００１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｃｏｎｆｌｉｃｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｅｅｄａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｗｈｅｎａｒｅａｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｕｓｅｄｆｏｒａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｅｘｔｅｒｉｏｒａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｎｉｎｅｌｉｎｅａｒＣＣＤｃａｍｅｒａｓｆｏｒｓｐａｔｉａ

4、ｌｏｂｊｅｃｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｅｘｔｅｒｉｏｒａｔｔｉｔｕｄｅｏｆｍｅａｓｕｒｅｄｏｂｊｅｃｔｂｙｓｅｐｅｒａｔｅｒｅａｌｔｉｍｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅ３Ｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｐｏｉｎｔｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔｓｐｌａｃｅｄｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｏｂｊｅｃｔｕｎｄｅｒｗｏｒｌｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｐａｔｉａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏ

5、ｎｓｏｆｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔａｎｄｔｈｅｃａｍｅｒａｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｒｏｂｌｅｍｉｎｔｈｅｏｎｅｏｎｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｏｉｎｔｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔｓａｎｄｔｈｅｃａｍｅｒａｏｐｔｉｃａｌｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓｉｓｓｏｌｖｅｄ．Ａｎｅｗｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓａｖｅｓｐａｃｅ．Ｔｈｅｌｏｃａｌａｎｄｇｌｏｂａｌｃａｌｉｂ

6、ｒａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｍｕｌｔｉｃａｍｅｒａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍａｒｅｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｎｒｅａｃｈ１′ｗｈｅｎｔｈｅｉｍａｇｅｓａｍｐｌｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ１３１６ｆｒａｍｅ／ｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｃａｎｏｂｔａｉｎｔｈｅｈｉｇｈａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｉｍｐｌｅｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔｓ，ｌｏｗｃｏｓｔ

7、ａｎｄｓｏｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌｉｎｅａｒＣＣＤ；ａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔ；ｍｕｌｔｉｃａｍｅｒａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ收稿日期：２００７０７０９；修订日期：２００７０８３０．基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．５０２７５０４０）１６２光学精密工程第１６卷机，引出３个平面相交于一点，唯一确定了光点１引言的空间位置，这里称其为点目标三维坐标重构子系统（见图１）。理论上，为了更好地体现光点的空间目标的姿态通常用其轴心线相对于某固位置变化，中间相机与两侧相机的线阵ＣＣＤ和光定参照系的转动角

8、来描述，有