基于寬波束激光測距和單攝像機的運動目標定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬波束激光測距儀和單攝像機對運動目標定位方法，要解決的技術(shù)問題是利用寬幅激光測距儀和單攝像機對運動目標進行高精度定位。技術(shù)方案是提前精確標定相機內(nèi)參，將反射棱鏡加裝在待測目標上，使用寬波束激光測距儀實時測量待測目標到攝像機的距離，同時使用攝像機拍攝待測目標，得到攝像機到待測目標的高低角和方位角，最終得到空間目標的空間位置。本發(fā)明采用基于寬波束激光測距儀和單攝像機的攝像測量手段實現(xiàn)了對運動目標定位。可實現(xiàn)測量范圍約10度，距離約5千米，精度可達到1米。
【專利說明】基于寬波束激光測距和單攝像機的運動目標定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及攝像測量、激光測距和目標定位等領(lǐng)域，具體涉及基于寬波束激光測距和單攝像機的運動目標定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]攝像測量技術(shù)利用運動目標和其在攝像機中成像的圖像之間的共線關(guān)系測量目標的空間位置，具有低成本、高精度等優(yōu)點，在目標定位領(lǐng)域已經(jīng)有了比較成熟的應(yīng)用。根據(jù)測量過程中使用攝像機數(shù)目的不同可以將攝像測量方法分為多目測量方法和單目測量方法。單目測量方法采用一臺攝像機即可獲得待測目標的空間位置，使用靈活，方法簡單，有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的單目測量采用一臺攝像機和一臺窄波束(一般小于I個毫弧度)激光測距儀分別測量待測目標的方位信息和距離信息，兩者結(jié)合得到待測目標的空間位置。但這種方法需要將窄波束激光測距儀安裝在轉(zhuǎn)臺上對目標進行跟蹤，因此這種方法實現(xiàn)起來有一定的難度，成本也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有窄波束激光測距儀，在測量運動目標時，存在需要轉(zhuǎn)臺輔助跟蹤的問題，提出一種利用寬波束激光測距儀和單攝像機對運動目標進行三維定位的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是使用寬波束激光測距儀測量待測目標與攝像機的距離，發(fā)射出以光軸為軸線的圓錐形寬波束激光波束，在這個寬波束所能照射的范圍內(nèi)，待測目標通過加裝反射棱鏡都可以被測距。結(jié)合攝像機測量得到的光心與待測目標的連線形成的空間角度對目標進行定位。
[0005]具體為:將寬波束激光測距儀和單攝像機左右或上下固聯(lián)在一起，組成測量系統(tǒng)，在待測目標加裝反射棱鏡，當目標進入測量范圍內(nèi)時，對目標進行測量。寬波束測距儀發(fā)射激光波束，待測目標上安裝的反射棱鏡接收到激光后向反方向反射，寬波束測距儀接收到反射回的激光，根據(jù)激光從發(fā)出到接收到回光的時間和光速，即可得到待測目標的距離。
[0006]具體測量方法按以下步驟進行:
1、精確標定攝像機的內(nèi)參數(shù)；
2、將寬波束激光測距儀和單攝像機左右或上下固聯(lián)在一起，組成測量系統(tǒng)，保證安裝的穩(wěn)固性，在待測目標加裝反射棱鏡；
3、利用寬波束測距儀測量目標距離；
4、用攝像機對待測目標進行拍攝，提取待測目標的圖像坐標。修正成理想像點后計算出目標在攝像機坐標系下的高低角和方位角；
5、利用待測目標的距離信息與空間角度信息計算出待測目標的空間坐標；
6、若需要將待測目標在攝像機坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換到任意坐標系下，只需要在攝像機視場方位內(nèi)布置兩個或兩個以上控制點，同時測量攝像機在所求坐標系下的位置即可通過坐標轉(zhuǎn)換得到任意坐標系下待測目標的位置。[0007]采用本發(fā)明可以達到以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明改變了傳統(tǒng)窄波束激光測距儀需要轉(zhuǎn)臺對目標進行跟蹤的測距方式。測量范圍在以寬波束激光測距儀激光波束能覆蓋的圓錐范圍內(nèi)。目前已實現(xiàn)的測量范圍約10度，距離約5千米，精度可達到I米。
[0008]2、本發(fā)明突破了傳統(tǒng)攝像測量的應(yīng)用范圍，為一些特殊環(huán)境，如只能用一臺攝像機且不便安裝轉(zhuǎn)臺的條件下，應(yīng)用攝像測量成為可能。
[0009]3、與其它方法相比較，本發(fā)明原理與實現(xiàn)簡單方便，經(jīng)濟實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是寬幅激光測距儀測距的原理示意圖，
圖2是單攝像機對目標定向的原理不意圖。
【具體實施方式】
[0011]1、利用張正友單相機標定方法(Z.Zhang, Flexible camera calibrationby viewing a plane from unknown orientations, proceedings of the FifthInternational Conference on Computer Vision, 1999，pp.666-673)精確標定攝像機的
內(nèi)參數(shù)，得到內(nèi)參數(shù)矩陣
【權(quán)利要求】
1.基于寬波束激光測距和單攝像機的運動目標定位方法，其特征在于: 將寬波束激光測距儀和單攝像機左右或上下固聯(lián)在一起，組成測量系統(tǒng)，在待測目標加裝反射棱鏡，當目標進入測量范圍內(nèi)時，對目標進行測量，寬波束測距儀發(fā)射激光波束，待測目標上安裝的反射棱鏡接收到激光后向反方向反射，寬波束測距儀接收到反射回的激光，根據(jù)激光從發(fā)出到接收到回光的時間和光速，即可得到待測目標的距離； 具體測量方法按以下步驟進行: (1)、精確標定攝像機的內(nèi)參數(shù)； (2)、將寬波束激光測距儀和單攝像機左右或上下固聯(lián)在一起，組成測量系統(tǒng)，保證安裝的穩(wěn)固性，在待測目標加裝反射棱鏡； (3)、利用寬波束測距儀測量目標距離；待測目標上安裝的棱鏡接收到激光后向反方向反射，寬波束測距儀接收到反射回的激光，根據(jù)激光從發(fā)出到接收到回光的時間t，光速C，即可得到待測目標的距離D=U/2 ； (4)、用攝像機對待測目標進行拍攝，提取待測目標的圖像坐標，修正成理想像點后計算出目標在攝像機坐標系下的高低角和方位角； (5)、利用待測目標的距離信息與空間角度信息計算出待測目標的空間坐標； (6)、若需要將待測目標在攝像機坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換到任意坐標系下，只需要在攝像機視場方位內(nèi)布置兩個或兩個以上控制點，同時測量攝像機在所求坐標系下的位置即可通過坐標轉(zhuǎn)換得到任意坐標系下待測目標的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于寬波束激光測距和單攝像機的運動目標定位方法，其特征在于:所述步驟(4)，具體過程為: 首先對待測目標在圖像上的坐標進行相差的修正得到理想像點(xy}, 根據(jù)已知的攝像機內(nèi)參數(shù)求得理想像點到光心的距離:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于寬波束激光測距和單攝像機的運動目標定位方法，其特征在于:所述步驟(5)具體過程為: 利用待測目標在攝像坐標系下的高低角、方位角和其與攝像機的距離D即可求出待測目標在攝像機坐標系的位置坐標分別為:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于寬波束激光測距和單攝像機的運動目標定位方法，其特征在于:所述步驟(6)具體過程為: 測量光心位置(毛I； ZJ,控制點坐標(Xi K Zi) 1^12, 將空間坐標系原點移到光心位置，即用空間中的每個點的坐標減去光心位置的坐標，則光心坐標為(O O O),新的控制點的坐標為

【文檔編號】G01S17/08GK103884334SQ201410139892
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】孫祥一, 趙哲, 周朗明 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)