一種單攝像機(jī)獲取空間姿態(tài)的光路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種單攝像機(jī)獲取空間姿態(tài)的光路。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間姿態(tài)是反映被測(cè)物體空間狀態(tài)的重要參數(shù)，包括橫滾角、俯仰角和航向角，這 些參數(shù)的獲取可以為后續(xù)的判斷和評(píng)估提供依據(jù)。
[0003] 目前通常在被測(cè)物體下方選取三個(gè)點(diǎn)懸掛標(biāo)尺，可通過線激光器打出激光束對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)尺上的刻度（也可用經(jīng)煒儀），如被測(cè)物體空間姿態(tài)改變，標(biāo)尺上的刻度值也發(fā)生改變， 然后通過計(jì)算來(lái)確定各參數(shù)，此種方法為人工測(cè)量讀數(shù)，精度難以保證，同時(shí)實(shí)時(shí)性差，一 定程度上影響后續(xù)的判斷和評(píng)估。也可通過攝像機(jī)來(lái)獲取被測(cè)物體空間姿態(tài)的變化，但是 由于單個(gè)攝像機(jī)視場(chǎng)有限，為保證測(cè)量的精度須拉開基線，因此必須采用多個(gè)攝像機(jī)來(lái)對(duì) 準(zhǔn)被測(cè)物體上的各個(gè)點(diǎn)以監(jiān)測(cè)其空間姿態(tài)的變化，此種方法成本較高，后期圖像和數(shù)據(jù)處 理麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供一種單攝像機(jī)獲取空間姿態(tài)的 光路，解決了現(xiàn)有空間姿態(tài)獲取精度低、實(shí)時(shí)性差，后期圖像數(shù)據(jù)處理麻煩的問題。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明一種單攝像機(jī)獲取空間姿態(tài)的光路，包括標(biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C和由 反射鏡、第一半反半透鏡、第二半反半透鏡、物鏡和探測(cè)器件組成的攝像機(jī)，標(biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記 點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C為被測(cè)物體上選取的三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C采用不同的顏 色以示區(qū)分，采用波長(zhǎng)或能量的方式將標(biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C經(jīng)過反射鏡、第一半反 半透鏡、第二半反半透鏡引入物鏡的視場(chǎng)，成像于探測(cè)器件的靶面中心區(qū)域；瞬時(shí)拍攝標(biāo)記 點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C成像于探測(cè)器件靶面的圖片，通過前后兩次所拍圖片中標(biāo)記點(diǎn)A、標(biāo) 記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C相對(duì)位置的改變，計(jì)算出被測(cè)物體的空間姿態(tài)。
[0007] 進(jìn)一步地，反射鏡的反射面鍍?nèi)瓷淠?，第一半反半透鏡的反射面根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)A、 標(biāo)記點(diǎn)B的顏色鍍相應(yīng)的濾光膜，第一半反半透鏡的透射面鍍?cè)鐾改ぃ诙敕窗胪哥R的 反射面根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C的顏色鍍相應(yīng)的濾光膜，第二半反半透鏡的透射面 鍍?cè)鐾改?，將?biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C引入引入物鏡的視場(chǎng)，成像于探測(cè)器件的靶面中 心區(qū)域。
[0008] 進(jìn)一步地，反射鏡的反射面鍍?nèi)瓷淠?，第一半反半透鏡的反射面根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)A、 標(biāo)記點(diǎn)B的亮度鍍相應(yīng)透反比的中性濾光膜，第一半反半透鏡的透射面鍍?cè)鐾改?，第二?反半透鏡的反射面根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C的亮度鍍相應(yīng)透反比的中性濾光膜，第 二半反半透鏡的透射面鍍?cè)鐾改?，將?biāo)記點(diǎn)A、標(biāo)記點(diǎn)B、標(biāo)記點(diǎn)C引入物鏡的視場(chǎng)，成像于 探測(cè)器件的靶面中心區(qū)域。
[0009] 進(jìn)一步地，空間姿態(tài)包括橫滾角a、俯仰角0和航向角Y，橫滾角a通過公式 (1)計(jì)算出，
[0010]
⑴
[0011] 其中，X為前后兩次拍攝時(shí)標(biāo)記點(diǎn)A和標(biāo)記點(diǎn)C在垂直方向的相對(duì)位移，1為標(biāo)記 點(diǎn)A和標(biāo)記點(diǎn)C的橫向距離；
[0012] 俯仰角0通過公式⑵計(jì)算出，
[0013]
(2)
[0014] 其中，y為前后兩次拍攝時(shí)標(biāo)記點(diǎn)B在垂直向的位移，m為標(biāo)記點(diǎn)B到物鏡的距離；
[0015] 航向角Y通過公式⑶計(jì)算出，
[0016]
C3)
[0017] 其中，Z為前后兩次拍攝時(shí)標(biāo)記點(diǎn)B在水平向的位移，m為標(biāo)記點(diǎn)B到物鏡的距離。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 1、本發(fā)明是在被測(cè)物體上選取三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，將基準(zhǔn)點(diǎn)引入物鏡的視場(chǎng)，成像于探 測(cè)器件的靶面中心區(qū)域，攝像機(jī)瞬時(shí)拍攝三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)成像于探測(cè)器件靶面的圖片，通過前 后兩次所拍圖片中三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)位置的改變，通過公式計(jì)算出被測(cè)物體的空間姿態(tài)，這 樣能夠?qū)崟r(shí)獲取被測(cè)物體的空間姿態(tài)，精度高，為后續(xù)的判斷和評(píng)估提供依據(jù)。
[0020] 2、本發(fā)明是采用單一攝像頭完成對(duì)被測(cè)物體空間姿態(tài)的獲取，圖像處理簡(jiǎn)單且成 本較低。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明中被測(cè)物體上選取的三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)成像于探測(cè)器件靶面的光路原理 圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明中前后兩次所拍圖片中三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)位置改變的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明所列舉的實(shí)施例，只是用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限定，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明思想的前提下，還可以對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明一種單攝像機(jī)獲取空間姿態(tài)的光路，包括標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記點(diǎn)B 2、標(biāo)記點(diǎn)C3和由反射鏡5、第一半反半透鏡6、第二半反半透鏡7、物鏡8和探測(cè)器件9組 成的攝像機(jī)4,反射鏡5、第一半反半透鏡6、第二半反半透鏡7的安放位置（即與物鏡8的 光軸的夾角）和標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記點(diǎn)B2、標(biāo)記點(diǎn)C3的位置有關(guān)，標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記點(diǎn)B2、 標(biāo)記點(diǎn)C3為被測(cè)物體上選取的三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記點(diǎn)B2、標(biāo)記點(diǎn)C3采用不同 的顏色以示區(qū)分，采用波長(zhǎng)或能量的方式將標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記點(diǎn)B2、標(biāo)記點(diǎn)C3經(jīng)過反射鏡 5、第一半反半透鏡6、第二半反半透鏡7引入物鏡8的視場(chǎng)，成像于探測(cè)器件9的靶面中心 區(qū)域。
[0025] 實(shí)施例一：
[0026] 設(shè)標(biāo)記點(diǎn)A1為紅色，標(biāo)記點(diǎn)B2為綠色，標(biāo)記點(diǎn)C3為藍(lán)色，反射鏡5的a面鍍 全反射膜，第一半反半透鏡6的a面鍍反綠透紅的濾光膜，b面鍍?cè)鐾改ぃ诙敕窗胪哥R7 的a面鍍反藍(lán)透紅綠的濾光膜，b面鍍?cè)鐾改ぃ瑯?biāo)記點(diǎn)A1經(jīng)過反射鏡5的a面全反射，通 過第一半反半透鏡6、第二半反半透鏡7引入物鏡8的視場(chǎng)，成像于探測(cè)器件9的靶面中心 區(qū)域；標(biāo)記點(diǎn)B2經(jīng)過第一半反半透鏡6的a面反射，通過第二半反半透鏡7引入物鏡8的 視場(chǎng)，成像于探測(cè)器件9的靶面中心區(qū)域；標(biāo)記點(diǎn)C3經(jīng)過第二半反半透鏡7反射，引入物 鏡8的視場(chǎng)，成像于探測(cè)器件9的靶面中心區(qū)域。設(shè)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)為其他顏色，其原理與上述 相同。
[0027] 實(shí)施例二：
[0028] 設(shè)標(biāo)記點(diǎn)A1為紅色，標(biāo)記點(diǎn)B2為綠色，標(biāo)記點(diǎn)C3為藍(lán)色，反射鏡5的a面鍍 全反射膜，第一半反半透鏡6的a面鍍中性濾光膜，b面鍍?cè)鐾改ぃ诙敕窗胪哥R7的a面 鍍中性濾光膜，b面鍍?cè)鐾改ぃ行詾V光膜的透反比可根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記點(diǎn)B2和標(biāo)記點(diǎn) C3的亮度決定，如標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記點(diǎn)B2和標(biāo)記點(diǎn)C3的亮度一樣，為使標(biāo)記點(diǎn)A1、標(biāo)記 點(diǎn)B2和標(biāo)記點(diǎn)C3在探測(cè)器