1.一种用同心圆靶标测物体相对位置姿态和转角的单目视觉测量方法，其特征是：(1)用共面同心双圆做靶面的特征标志做成同心圆靶安装在待测物体上，用一台数码相机对靶面拍照，相机的图像数据通过USB接口传送给计算机进行处理；

(2)对照片进行数字图像处理，求出像面两个椭圆的方程,利用椭圆方程各项的系数解算出同心圆平面的法线向量的方向数(A，B，C)；

(3)利用椭圆的两条弦，解算出同心圆圆心的像点位置和同心圆的特征直径的像的像长；

(4)利用同心圆的辅助特征直径，解算出相机照相时以像素为单位的焦距，进一步求出空间同心圆圆心的位置；

(5)测物体定轴转动的转角时，将同心圆靶平行于转轴固定在待测物体上，用一台位置姿态保持不变的数码相机分别在物体转动前和转动后对同心圆靶的靶面拍照，用上述(2)所述的方法解算出对应位置时同心圆平面的法线向量的方向数；这两个平面间的夹角 就是待测物体的转角。

2.根据权利要求1所述的用同心圆靶标测物体相对位置姿态和转角的单目视觉测量方法，其特征是利用椭圆方程各项的系数解算出同心圆平面的法线向量的方向数(A，B，C)；

相机成像模型采用中心投影模型，空间同心圆的中心投影的两个椭圆的方程其各项的系数都与空间同心圆的参数有确定的函数关系；对同心圆的照片进行数字椭圆处理求出像面两个椭圆的方程：

2 2

小椭圆的方程：X+b1XY+c1Y+d1X+e1Y+f1＝0；

2 2

大椭圆的方程：X+b2XY+c2Y+d2X+e2Y+f2＝0；

利用这两个椭圆方程中各项的系数与空间同心圆的参数的函数关系，解算出同心圆平面的法线向量的方向数，其计算式如下(规定同心圆平面的法线向量取外法向，C＞0；同心圆小圆半径为R1，大圆半径为R2)：若d1-kd2＞0，则A为正；反之，则A为负；

若e1-ke2＞0则B为正；反之，则B为负；

J＝F/q，F为相机的焦距，q为CCD的像素中心距；

2

其中 n＝(2c2+2c1-b1b2)，p＝(4c1-b1)。

3.根据权利要求1和2所述的用同心圆靶标测物体相对位置姿态和转角的单目视觉测量方法，其特征是利用像面椭圆的两条弦解算出同心圆圆心的像点位置和同心圆的特征直径的像的像长，其解算方法是定义同心圆平行于透视轴L的直径为特征直径，垂直于透视轴L的直径为辅助特征直径；在像面作大椭圆的两条平行于透视轴L的弦，求出每条弦的中点的坐标；过这两个中点作直线与这两个椭圆相交，得到两圆的辅助特征直径的像的端点；

同心圆圆心的像点与这4个端点共线；利用这4个端点，根据共线4点中心投影变换保持交比不变的性质求出圆心像点的坐标；再在像面，过圆心像点作平行于透视轴L的直线，它与椭圆的交点就是特征直径的像的端点，这两点间的距离就是特征直径的像的像长。

4.根据权利要求1和2所述的用同心圆靶标测物体相对位置姿态和转角的单目视觉测量方法，其特征是利用同心圆的辅助特征直径解算出相机照相时以像素为单位的焦距J；

具体解算方法是将同心圆小圆的辅助特征直径的任一端点的坐标(xf,yf,zf)代入辅助特征直径所在直线的直线方程：

2 2

解得xf＝x0+ACtf，yf＝y0+BCtf，zf＝z0-(A+B)tf；

将其代入该圆所在球面的球面方程，并利用空间点(xf,yf,zf)与其像点的像面坐标(Xf,Yf)之间的位置关系式解出C的另一种表达式：与用权利要求1和2所述的解算方法求出的 联立，解得：

其中r1是小圆的特征半径的像的像长；用相同的解算方法，用同心圆大圆的辅助特征直径的任一端点(xf,yf,zf)也可解算出J：其中r2是大圆的特征半径的像的像长，(Xf,Yf)是同心圆大圆的辅助特征直径的任一端点(xf,yf,zf)的像点的像面坐标。