本發(fā)明屬于位姿測量，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的位姿信息測量裝置。

背景技術(shù)：

1、機(jī)器視覺目前在車載、機(jī)器人等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用，特別是在智能駕駛領(lǐng)域?qū)τ诜墙换ナ轿矬w的位姿信息測量設(shè)備已較為成熟，主流廠商目前也廣泛采用了純視覺方案。隨著機(jī)載設(shè)備算力大幅提升，在機(jī)載領(lǐng)域，特別是空中加油、無人機(jī)輔助著陸等，基于機(jī)器視覺的位姿測量裝置也有著廣泛的應(yīng)用場景。目前國內(nèi)機(jī)載設(shè)備廠家暫無較為成熟產(chǎn)品裝機(jī)經(jīng)驗(yàn)，一方面是由于復(fù)雜氣象條件下設(shè)備測量精度難以保證，另一方面，深度學(xué)習(xí)算法暫不滿足機(jī)載設(shè)備高實(shí)時(shí)性要求。

2、傳統(tǒng)基于視覺的位姿信息測量主要采用單目+模版的匹配，創(chuàng)建具有目標(biāo)位姿信息的模板，對于新的圖像，可基于二維特征來尋找最相近的模板，從而將目標(biāo)位姿轉(zhuǎn)換為一個(gè)圖像檢索問題。該方法必須為交互式系統(tǒng)，已知被測物體的幾何特性，通常還需在被測物體上增加易于識別的標(biāo)記等，因此限制了應(yīng)用場景。在面臨大霧、光線變化等復(fù)雜場景時(shí)，這些方法往往存在檢測精度低的問題。

3、特別是在大霧、光線變化等復(fù)雜場景時(shí)，由于能見度降低，圖像的對比度和清晰度受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)的圖像處理方法難以準(zhǔn)確檢測到被測物體的輪廓和位置。此外，大霧天氣還可能引起光線變化，使得圖像的色彩和亮度分布不均勻，進(jìn)一步增加了檢測難度。

4、邊緣檢測是另一種常用的傳統(tǒng)圖像處理方法，它可以識別圖像中的輪廓和邊界。然而，在復(fù)雜的實(shí)際場景中，邊緣檢測方法往往受到多種因素的干擾，如背景噪聲、圖像模糊、遮擋等。這些因素可能導(dǎo)致邊緣檢測算法無法準(zhǔn)確識別出被測物體的輪廓，從而影響被測物體位姿信息測量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：提供一種基于機(jī)器視覺的位姿信息測量裝置，提高測量速度和精度。

2、技術(shù)方案

3、一種基于機(jī)器視覺的位姿信息測量裝置，包括：第一光學(xué)組件、第一圖像采集組件、第二光學(xué)組件、第二圖像采集組件、電源組件和視頻處理及結(jié)算組件；

4、第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件用于光路傳播；

5、第一圖像采集組件和第二圖像采集組件分別對第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件傳來的光路進(jìn)行圖像采集；

6、視頻處理及結(jié)算組件根據(jù)第一圖像采集組件和第二圖像采集組件采集的兩幅圖像計(jì)算被測目標(biāo)的位姿信息；

7、電源組件用于為其他組件供電。

8、進(jìn)一步，第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件采用雙高斯構(gòu)型。該構(gòu)型具有良好的色差、像差校正能力和優(yōu)秀的畸變校正能力。額外加入透鏡后還可以進(jìn)一步降低f數(shù)、擴(kuò)大視場。

9、進(jìn)一步，第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件構(gòu)成相同，從前到后依次包括：

10、第一透鏡、濾光片、第二透鏡、第一膠合鏡、光闌、第二膠合鏡、第三膠合鏡。該構(gòu)型在滿足至少30m測量距離，能夠較好消除魚眼畸變，保證后續(xù)測量精度。

11、進(jìn)一步，第一圖像采集組件和第二圖像采集組件相同。均采用coms傳感器，傳感器元在傳感器配置及驅(qū)動單元的控制下采集外界的光學(xué)信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。

12、進(jìn)一步，視頻處理及結(jié)算組件包括：通過pcie3.0連接的soc和npu；

13、第一圖像采集組件和第二圖像采集組件輸出的圖像信息輸入至soc；

14、soc和npu還分別與ddr4內(nèi)存塊連接；

15、soc用于npu的寄存器配置、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后處理的運(yùn)行、視頻預(yù)處理以及編解碼；

16、npu用于目標(biāo)檢測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及分割模型的加速。

17、進(jìn)一步，第一透鏡采用雙凹透鏡，第二透鏡采用平凸透鏡，第一透鏡與第二透鏡組合能夠消除相差的同時(shí)增加焦距。第一膠合鏡為彎月透鏡與平凸透鏡膠合組裝成，第二膠合鏡為彎月透鏡與最佳外形透鏡膠合組裝成，第三膠合鏡為雙凹透鏡與彎月透鏡膠合組成，共同組成8片/5組式非對稱式雙高斯架構(gòu)。

18、進(jìn)一步，cmos圖像傳感器像素1280×960，像元尺寸為6.5μm，像面尺寸為8.32mm×6.24mm，水平方向半像高為4.16mm，水平方向半視場角為16°。焦距應(yīng)為：14.508mm。考慮到畸變影響，實(shí)際設(shè)計(jì)焦距為：14.548mm。加上畸變影響，對應(yīng)視場大小為：32.52°×24.48°。

19、進(jìn)一步，第一透鏡與第二透鏡的中心距離為5.8mm±0.02mm，第二透鏡與第一膠合鏡的中心距離為5.6mm±0.02mm，第一膠合鏡與第二膠合鏡的中心距離為5.8mm±0.02mm，第二膠合鏡與第三膠合鏡的中心距離為4.56mm±0.02mm同軸度不大于ф0.03mm。

20、本發(fā)明的技術(shù)效果是：

21、本發(fā)明提出的一種基于機(jī)器視覺的位姿信息測量裝置，采用機(jī)器視覺方案，具有低功耗，小體積，低成本等優(yōu)點(diǎn)，搭載國產(chǎn)npu，后期實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)。

22、1.低功耗，本測量裝置總功耗小于30w；

23、2.高測量精度，30m內(nèi)測量誤差不大于5％d,5m內(nèi)測量誤差小于5cm；

24、3.采用高速成像技術(shù)，成像速度不低于60fps；

25、4.位姿信息測量延時(shí)底，延時(shí)不大于40ms；

26、5.外形尺寸為160mm×160mm×141mm。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器視覺的位姿信息測量裝置，其特征在于：所述裝置包括：第一光學(xué)組件、第一圖像采集組件、第二光學(xué)組件、第二圖像采集組件、電源組件和視頻處理及結(jié)算組件；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件采用雙高斯構(gòu)型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于：第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件構(gòu)成相同，從前到后依次包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于：第一圖像采集組件和第二圖像采集組件相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于：視頻處理及結(jié)算組件包括：通過pcie3.0連接的soc和npu；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于：第一透鏡采用雙凹透鏡，第二透鏡采用平凸透鏡；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：cmos圖像傳感器像素1280×960，像元尺寸為6.5μm，像面尺寸為8.32mm×6.24mm，水平方向半像高為4.16mm，水平方向半視場角為16°。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：第一透鏡與第二透鏡的中心距離為5.8mm±0.02mm，第二透鏡與第一膠合鏡的中心距離為5.6mm±0.02mm，第一膠合鏡與第二膠合鏡的中心距離為5.8mm±0.02mm，第二膠合鏡與第三膠合鏡的中心距離為4.56mm±0.02mm同軸度不大于ф0.03mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于位姿測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的位姿信息測量裝置。裝置包括：第一光學(xué)組件、第一圖像采集組件、第二光學(xué)組件、第二圖像采集組件、電源組件和視頻處理及結(jié)算組件；第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件用于光路傳播；第一圖像采集組件和第二圖像采集組件分別對第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件傳來的光路進(jìn)行圖像采集；視頻處理及結(jié)算組件根據(jù)第一圖像采集組件和第二圖像采集組件采集的兩幅圖像計(jì)算被測目標(biāo)的位姿信息；電源組件用于為其他組件供電。

技術(shù)研發(fā)人員：曹孟剛,孫鍇,張姣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原航空儀表有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8