空間異面相位角雷射檢測系統的標定方法

2023-11-12 02:39:17 3

專利名稱：空間異面相位角雷射檢測系統的標定方法
技術領域：
本發明涉及一種空間異面相位角雷射檢測系統的標定方法，屬於 角度測量技術。
背景技術：
本申請人新研製的"空間異面相位角雷射檢測系統"採用雷射作 為角度測量基準，實現了車載遠距離異面直線夾角測量要求，其基本 原理是以一束平面雷射同時照射在兩個異面耙標上，通過兩個獨立的
CCD圖像測量系統，將兩個靶標上刻線與基準雷射像條的夾角求出， 進而換算出兩異面直線的夾角。所述測量系統的測量是否準確直接影 響到所測火箭彈的性能維護問題。所以需要為所述測量系統研製出配 套使用的新的標定方法。

發明內容
本發明的所要解決的技術問題是提供一種操作簡便、可靠的空間 異面相位角雷射檢測系統的標定方法。
本發明解決其技術所採用的技術方案
空間異面相位角雷射檢測系統的標定方法，其特徵在於採用刻有 標準角度的兩個標定板對所述測量系統的兩個圖像採集系統分別進
行獨立地標定，並分別獲取對應於兩個圖像採集系統的測量補償值；
其具體方法如下
將所述兩個標定板分別安裝在所述測量系統中的插拔機構標杆 和定向鈕標杆的位置處，所述兩個圖像採集系統將採集到的測量基準 光線和所述標準角度的圖像傳輸到所述系統的計算機中，所述計算機 利用標定程序對所採集到的圖像進行處理和角度計算後，將所測角度 與所述標準角度的差值求出作為測量補償值，對所述系統進行測量修 正補償。
本發明的有益效果是由於採用了對兩個圖像採集系統進行獨立 標定，避免了每次系統標定中均要對標定板調整水平的工作以及標定 板的平移及二次裝配工作，使標定工作簡單、可靠。


圖1-1為定向鈕標定板的主視圖
5圖1-2為插拔機構標定板的主視圖
圖2為兩個標定板上標準角度刻線的結構示意圖
圖3-1為接收到基準光線後的定向鈕標定板原始圖像Al
圖3-2為接收到基準光線後的插拔機構標定板原始圖像B1
圖4-1為經濾波後的定向鈕標定板圖像A2
圖4-2為經濾波後的插拔機構標定板圖像B2
圖5-1為經反色後的定向鈕標定板圖像A3
圖5-2為經反色後的插拔機構標定板圖像B3
圖6-1為經分割後的定向鈕標定板圖像A4
圖6-2為經分割後的插拔機構標定板圖像B4
圖7-1為經輪廓提取後的定向鈕標定板圖像A5
圖7-2為經輪廓提取後的插拔機構標定板圖像B5
圖8為本發明的標定軟體流程圖
圖9為本發明標定程序閾值求取算法流程圖。
在圖1-3中，1定向鈕標定板、2插拔機構標定板、3定向鈕標 定板上的水平刻線、4定向鈕標定板上的傾斜刻線、5插拔機構標定 板上的縱向刻線、6插拔機構標定板上的傾斜刻線、7第一基準光線、 8第二基準光線。
具體實施例方式
本方法採用刻有標準角度的兩個標定板對所述測量系統的兩個 圖像採集系統分別進行獨立地標定，並分別獲取對應於兩個圖像採集 系統的測量補償值；其具體方法如下
將所述兩個標定板分別安裝在所述測量系統中的插拔機構標杆 和定向鈕標杆的位置處，所述兩個圖像採集系統將採集到的測量基準 光線和所述標準角度的圖像傳輸到所述系統的計算機中，所述計算機 利用標定程序對所採集到的圖像進行處理和角度計算後，將所測角度 與所述標準角度的差值求出作為測量補償值，對所述系統進行測量修 正補償。
所述兩個標定板為插拔機構標定板2和定向鈕標定板1，在所述 兩個標定板上均設有夾角為47. 5°的刻線，在插拔機構標定板2上的 一條刻線為縱向刻線5，在定向扭標定板1上的一條刻線為水平刻線 3。
所述各條刻線的寬度b二6mm，在每條刻線的兩邊設有V型刻槽，
6V型刻槽的角度ct =140° ; V型刻槽的深度a=0. 5mm。 V型刻槽的作用 是為了避免陰影對於刻線輪廓的影響。
所述兩個標定板的底色為亞光黑灰色，所述每條刻線的顏色為高 亮白色；這種黑白色設計的方法主要是便於所夾角度的圖像邊緣的提 取。
所述兩個標定板分別固定在磁性表座上，磁性表座分別通過各自 的安裝支架固定在檢測裝配平臺上。
所述圖像處理和角度計算的方法如下
(1) 首先獲取原始圖像
通過所述兩個CCD圖像採集系統對所述兩個標定板上的標準角 度進行拍攝，獲得標準角度的原始圖像A1、B1 (參見圖3-1、圖3-2);
(2) 原始圖像存儲
將採集到的標準角度的原始圖像Al、 Bl存入預先設定的計算機 緩存空間中；
(3) 圖像預處理(參見圖8): 對採集到的標準角度的原始圖像Al、 Bl進行預處理；預處理包
括模板為3X3的中值濾波及二值化處理；
對原始圖像上的兩個標定板的圖像Al、 Bl進行中值濾波得到圖 像A2、 B2 (參見圖4-1、圖4-2)，濾波程序中閾值的求取算法如下
(參見圖9):步驟一，將所選區域內圖像的最大與最小灰度值的算
術平均值作為初始閾值，從而獲得圖像的直方圖；步驟二，以所設定 的初始閾值作為處理程序的迭代閾值，以迭代閾值為界將圖像直方圖 分為兩部分；步驟三，計算兩部分直方圖的灰度加權平均值，並判斷 兩個加權平均值的算術平均值與所設定的迭代值是否相等；步驟四， 如果上述判斷結果相等，則以所設定的迭代閾值作為閾值選取結果， 閾值選取結束；如果上述判斷結果不相等，則將兩部分的加權平均值 的算術平均值作為新的迭代閾值，重複上述步驟二和步驟三，直到上 述判斷結果相等，則以所設定的迭代閾值作為閾值選取結果，閾值選 取結束；
對經過濾波後的圖像進行反色處理(參見圖8)，得到反色處理 後的圖像A3、 B3 (參見圖5-1、圖5-2)，因為所述兩個標定板充滿 整個CCD圖像採集系統視場，所以標定過程中的圖像單一而分明，不 含紛繁而複雜的背景；因此，圖像的灰度直方圖中僅含有對應前景和
7背景的兩個峰形，並且雙峰互不幹擾，分界十分明顯；這種情況下，
選用經迭代得到的整幅圖像直方圖的灰度加權平均值作為圖像分割
的閾值；
(4) 分割處理(參見圖8):
對圖像進行二值化處理，將目標前景與背景分離開，得到分割處
理圖像A4、 B4 (參見圖6-l、圖6-2);
(5) 標準角度刻線輪廓提取(參見圖8): 對經過圖像分割處理的所述兩個標定板上的第一、第二基準光線
7、 8和標準角度圖像進行輪廓提取，獲得所述基準光線及標準刻線 的輪廓；
經圖像預處理及輪廓邊緣提取後的所述兩個標定板圖像中僅包 含了光線輪廓和兩條刻線輪廓；每次測量中標定板圖像中的基準光線 及兩條刻線的位置保持不變；由於每個目標輪廓均對應於圖像中的特 定的區域，因此得到經輪廓提取後的標定板圖像A5、 B5 (參見圖7-1、 圖7-2)後，在特定的圖像區域應用改進後的跟蹤算法跟蹤對應的目 標；
(6) 跟蹤記錄刻線輪廓點(參見圖8): 得到代表所述兩個標準角度的刻線即水平刻線3和與其相交的
傾斜刻線4以及縱向刻線5和與其相交的傾斜刻線6的全部輪廓點 後，首先將刻線的輪廓點分組，即將屬於不同輪廓邊的資源點分開； 以水平刻線為例，沿刻線輪廓的軸線方向以等間距的查詢方式獲得若 幹個輪廓的寬度採樣值，繼而求出它們的平均值width作為水平刻線 輪廓的Y方向寬度值；在對輪廓點進行分組及篩選時，將水平刻線的 初始輪廓中X坐標相同而Y坐標差值在(width —1， width+l)範圍
內的兩個點視為分屬於刻線的兩條長邊上的資源點；
(7) 直線擬合及夾角計算(參見圖8): 得到兩組邊緣輪廓點後，利用最小二乘原理分別擬合出兩條輪廓
邊所在的直線的方程；由於得到的刻線的兩條輪廓直線往往不平行， 而理論上與兩條對邊平行的刻線軸線的傾斜程度介於兩條對邊之間， 因此以兩條輪廓邊所構成的夾角的平分線的斜率來作為刻線的斜率； 由於第一、第二基準光線7、 8相對於水平方向的傾角為45。， 其邊緣圖像的鋸齒狀最為突出，同一行中存在若干個像素點；為避免 輪廓點的漏選及複選，對其輪廓點的選取採用了逐行査詢的算法；對於單像素點情況，取該點作為光線有效輪廓點；如果輪廓邊的某行存 在兩個像素點，取靠近光線內部的一點作為有效輪廓點；如輪廓邊的 某行存在三個像素點，取中間一點作為有效輪廓點；如輪廓邊的某行 存在四個像素點，取中間兩點中靠近光線內部的一點作為有效輪廓 點；如輪廓邊的某行存在五個像素點，取中間一點作為有效輪廓點； 所述基準光線及代表基準光線的傾斜刻線邊緣輪廓點的篩選均遵循 上述篩選原則；
利用所述兩個標定板上的標準角度的刻線在同一圖像坐標系中 的斜率即可求得二者的夾角，從而得到該圖像採集系統的補償值；第 一、第二基準光線7、 8的斜率值將傳遞給空間異面相位角雷射檢測 系統的夾角測量模塊用於標杆與第一、第二基準光線7、 8的夾角測
權利要求
1、空間異面相位角雷射檢測系統的標定方法，其特徵在於採用刻有標準角度的兩個標定板對所述測量系統的兩個圖像採集系統分別進行獨立地標定，並分別獲取對應於兩個圖像採集系統的測量補償值；其具體方法如下將所述兩個標定板分別安裝在所述測量系統中的插拔機構標杆和定向鈕標杆的位置處，所述兩個圖像採集系統將採集到的測量基準光線和所述標準角度的圖像傳輸到所述系統的計算機中，所述計算機利用標定程序對所採集到的圖像進行處理和角度計算後，將所測角度與所述標準角度的差值求出作為測量補償值，對所述系統進行測量修正補償。
2、 根據權利要求1所述的空間異面相位角雷射檢測系統的標定方法，其特徵在於所述兩個標定板為插拔機構標定板(2)和定向鈕 標定板(1)，在所述兩個標定板上均設有夾角為47.5°的刻線，在插 拔機構標定板(2)上的一條刻線為縱向刻線(5)，在定向扭標定板 (1)上的一條刻線為水平刻線(3)。
3、 根據權利要求2所述的空間異面相位角雷射檢測系統的標定 方法，其特徵在於所述各條刻線的寬度b二6mm，在每條刻線的兩邊設 有V型刻槽，V型刻槽的角度c^140。 ； V型刻槽的深度a二O. 5mm。
4、 根據權利要求3所述的空間異面相位角雷射檢測系統的標定 方法，其特徵在於所述所述兩個標定板的底色為亞光黑灰色，所述每 條刻線的顏色為高亮白色；所述兩個標定板分別固定在磁性表座上，磁性表座分別通過各自 的安裝支架固定在檢測裝配平臺上。
5、 根據權利要求4所述的空間異面相位角雷射檢測系統的標定 方法，其特徵在於所述圖像處理和角度計算的方法如下(1) 首先獲取原始圖像通過所述兩個CCD圖像採集系統對所述兩個標定板上的標準角 度進行拍攝，獲得標準角度的原始圖像(Al、 Bl);(2) 原始圖像存儲將採集到的標準角度的原始圖像(Al、 Bl)存入預先設定的計算 機緩存空間中；(3) 圖像預處理 對採集到的標準角度的原始圖像(Al、 Bl)進行預處理；預處理包括模板為3X3的中值濾波及反色處理；對原始圖像上的兩個標定板的圖像(Al、 Bl)進行中值濾波得到圖像(A2、 B2)，濾波程序中閾值的求取算法如下步驟一，將所選區域內圖像的最大與最小灰度值的算術平均值作為初始閾值，從而獲得圖像的直方圖；步驟二，以所設定的初始閾值作為處理程序的迭代 閾值，以迭代閾值為界將圖像直方圖分為兩部分；步驟三，計算兩部分直方圖的灰度加權平均值，並判斷兩個加權平均值的算術平均值與所設定的迭代值是否相等；步驟四，如果上述判斷結果相等，則以所 設定的迭代閾值作為閾值選取結果，閾值選取結束；如果上述判斷結 果不相等，則將兩部分的加權平均值的算術平均值作為新的迭代閾 值，重複上述步驟二和步驟三，直到上述判斷結果相等，則以所設定 的迭代閾值作為閾值選取結果，閾值選取結束；對經過濾波後的圖像進行反色處理，得到反色處理後的圖像(A3、 B3)，因為所述兩個標定板充滿整個CCD圖像採集系統視場，所以標 定過程中的圖像單一而分明，不含紛繁而複雜的背景；因此，圖像的 灰度直方圖中僅含有對應前景和背景的兩個峰形，並且雙峰互不幹 擾，分界十分明顯；這種情況下，選用經迭代得到的整幅圖像直方圖 的灰度加權平均值作為圖像分割的閾值；(4) 分割處理對圖像進行二值化處理，將目標前景與背景分離開，得到分割處 理圖像(A4、 B4);(5) 標準角度刻線輪廓提取 對經過圖像分割處理的所述兩個標定板上的第一、第二基準光線(7、 8)和標準角度圖像進行輪廓提取，獲得所述基準光線及標準刻 線的輪廓；經圖像預處理及輪廓邊緣提取後的所述兩個標定板圖像中僅包 含了光線輪廓和兩條刻線輪廓；每次測量中標定板圖像中的基準光線 及兩條刻線的位置保持不變；由於每個目標輪廓均對應於圖像中的特 定的區域，因此得到經輪廓提取後的標定板圖像(A5、 B5)後，在特 定的圖像區域應用改進後的跟蹤算法跟蹤對應的目標；(6) 跟蹤記錄刻線輪廓點得到代表所述兩個標準角度的刻線即水平刻線(3)和與其相交的傾斜刻線(4)以及縱向刻線(5)和與其相交的傾斜刻線(6)的全部輪廓點後，首先將刻線的輪廓點分組，即將屬於不同輪廓邊的資源點分開；以水平刻線為例，沿刻線輪廓的軸線方向以等間距的査詢 方式獲得若干個輪廓的寬度採樣值，繼而求出它們的平均值width作為水平刻線輪廓的Y方向寬度值；在對輪廓點進行分組及篩選時，將水平刻線的初始輪廓中X坐標相同而Y坐標差值在(width — 1， width +1)範圍內的兩個點視為分屬於刻線的兩條長邊上的資源點； (7)直線擬合及夾角計算得到兩組邊緣輪廓點後，利用最小二乘原理分別擬合出兩條輪廓邊所在的直線的方程；由於得到的刻線的兩條輪廓直線往往不平行，. 而理論上與兩條對邊平行的刻線軸線的傾斜程度介於兩條對邊之間， 因此以兩條輪廓邊所構成的夾角的平分線的斜率來作為刻線的斜率；由於第一、第二基準光線(7、 8)相對於水平方向的傾角為45 ° ，其邊緣圖像的鋸齒狀最為突出，同一行中存在若干個像素點；為 避免輪廓點的漏選及複選，對其輪廓點的選取採用了逐行查詢的算 法；對於單像素點情況，取該點作為光線有效輪廓點；如果輪廓邊的 某行存在兩個像素點，取靠近光線內部的一點作為有效輪廓點；如輪 廓邊的某行存在三個像素點，取中間一點作為有效輪廓點；如輪廓邊 的某行存在四個像素點，取中間兩點中靠近光線內部的一點作為有效 輪廓點；如輪廓邊的某行存在五個像素點，取中間一點作為有效輪廓 點；所述基準光線及代表基準光線的傾斜刻線邊緣輪廓點的篩選均遵 循上述篩選原則；利用所述兩個標定板上的標準角度的刻線在同一圖像坐標系中 的斜率即可求得二者的夾角，從而得到該圖像採集系統的補償值；第 一、第二基準光線(7、 8)的斜率值將傳遞給空間異面相位角雷射檢測 系統的夾角測量模塊用於標杆軸線與第一、第二基準光線(7、 8)的夾
全文摘要
本發明涉及一種空間異面相位角雷射檢測系統的標定方法。本發明採用刻有標準角度的兩個標定板對所述測量系統的兩個圖像採集系統分別進行獨立地標定，並分別獲取對應於兩個圖像採集系統的測量補償值；其具體方法如下將所述兩個標定板分別安裝在所述測量系統中的插拔機構標杆和定向鈕標杆的位置處，所述兩個圖像採集系統將採集到的測量基準光線和所述標準角度的圖像傳輸到所述系統的計算機中，所述計算機利用標定程序對所採集到的圖像進行處理和角度計算後，將所測角度與所述標準角度的差值求出作為測量補償值，對所述系統進行測量修正補償。本發明的有益效果是標定工作簡單、可靠。
文檔編號G01C1/00GK101493323SQ20091007380
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月20日 優先權日2009年2月20日
發明者姜志保, 李照勇, 裘祖榮, 許愛國, 陳振有 申請人:中國人民解放軍總裝備部軍械技術研究所;天津大學