基于Y型CCD的室内运动目标定位方法

发布时间：2021-03-03 12:27

　　室内定位技术在智能体自主导航方面具有广阔的应用前景。为了获取运动目标在悬浮状态下的位置与姿态角,设计了一种新型的Y型光学室内定位传感器（YPS）,其由3个线性电荷耦合器件（CCD）和3个柱面透镜组合成Y型结构。根据固定在运动目标上的YPS可作为接收端且可运动的特点,在其可测视域范围内通过依次采集3个可见点光源在YPS上的像坐标,建立空间点光源的三维重建模型和基于Y型定位传感器上合作点的四元数位姿解算算法,即可解算出运动目标的三维坐标和姿态角。通过仿真与实验,分析了不同参数对位姿误差的影响,并在柱面透镜线性度较好的中心部位,验证了新Y型定位传感器可实现准确的单点定位的方法,其三维坐标的误差不大于3 mm,并可以确定室内运动目标基于全局坐标系的位置与姿态信息。 

【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(06)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

一维成像单元

空间点光源通过柱面透镜会形成一条与线性CCD传感器垂直的直线,并得到直线在CCD上的像坐标,直线与透镜焦点以及点光源在同一平面内,因此3个成像单元会产生3个平面相交于一点,即可得到该点的三维空间坐标与其投影到CCD上的像坐标之间的关系。基于该理论进行建模,本文提出的设计是基于目标运动的情况下,仍可以采集到目标的外姿态元素和三维坐标,因此要求本体坐标系E-OgXgYgZg(记为②)与柱面镜坐标系E-OX′Y′Z′(记为③)的转换模型保持不变,用来重建点光源在本体坐标系下的空间坐标,其中大地坐标系E-OXYZ(记为①),建立坐标系如图2所示,使Zg轴与Z′轴都垂直于柱面透镜的底平面。本体坐标系②原点Og位于3个线性CCD的中轴延长线交点,O″是O2′投影到Zg的交点,Og到O″的距离为镜片焦距f。Og到O″的距离为镜片焦距f,则本体坐标系②与柱面镜坐标系③的平移向量的Z轴分量Zg0=-f。理论上,由于本体坐标系②与柱面镜坐标系③的XOY平面平行,故两个坐标系之间只有Z轴旋转,因此本体坐标系②与柱面镜坐标系③的旋转和平移向量为:

{ n 1 g =[100] n 2 g =[100] ?????? ??? (6)本体坐标系旋转后形成新的参考坐标系E-OkXkYkZk,矢量n1和n2在其上的单位矢量分别为n 1 k 和n 2 k 。

【参考文献】：
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本文编号：3061262