面向激光跟踪测量的大范围高精度姿态测量

针对我国高端制造业对高精度空间六自由度测量系统的迫切需求，提出一种面向激光跟踪测量的基于单目视觉的大范围全自动高精度姿态测量方法。阐述了面向激光跟踪测量的姿态测量系统构成、合作靶标硬件设计，并建立了姿态测量数学模型；其次，分析了自适应清晰成像的姿态测量模块特性，基于光学畸变模型与张正友标定法建立了实时相机成像模型，动态校正特征点像素坐标模型，提升了特征点的提取精度；之后，结合合作靶标几何特性、EPnP算法、Soft-POSIT算法提出一种改进的姿态测量方法，建立了姿态测量系统的自动监测纠错机制，实现测量范围内任意动态位姿的自动测量。最后，利用二维精密转台搭载合作靶标对激光跟踪测量的姿态测量系统进行精度测试。实验结果表明：在3～10 m，方位角/俯仰角为±30°、滚动角为±180°内，适配有14个特征点的合作靶标，姿态测量精度优于0.049°；适配有10个特征点的合作靶标，姿态测量精度优于0.065°。此方法普适性强，对合作靶标特征点布局约束较小，可以满足高端制造业激光跟踪测量的精密测量需求。