CN102589465A - 基于线阵相机的柱面外表面全景自动采集系统 - Google Patents

基于线阵相机的柱面外表面全景自动采集系统 Download PDF

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李民
杜慧勇
刘建新
石魁
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吴健
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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Abstract

基于线阵相机的柱面外表面全景自动采集系统，提出的基于自动采集展开圆柱面外表面全景系统主要由圆柱体定心装夹装置、旋转装置、拍摄装置、中央控制器组成。首先向由单片机等组成的中央控制器中烧写编写好的程序，执行N次循环，便可以采集到柱面体外表面一周的图片，以有机的形式合成采集到的图片，得到精确的圆柱面外表面全景展开图。该系统解决了圆柱面外表面的全景展开问题，可用于科学实验研究、比如采集展开内燃机气缸套的外表面，对其表面的穴蚀分布进行研究，也可用于警方指纹调查取证，另外它在教育娱乐以及军事领域都有着广泛的应用前景。

Description

基于线阵相机的柱面外表面全景自动采集系统
技术领域
本发明属于外观轮廓的图像采集技术领域，涉及一种自动采集展开各种柱面外表面全景系统。
背景技术
普通图像往往反映的是柱面体的局部场景(用户在某一视角看到的场景);与之对应,全景图像能反映柱面体全局展开图像,为了研究柱面表面的一些痕迹的准确位置和分布规律，需要一种较高精度的采集柱面外表面全景展开图的系统。
目前，采集柱面展开图的方法主要是：采用光学原理，常见的包括折反射全向图柱面展开、基于双向映射精确插值的折反射全向图柱面全景展开方法、基于泰勒模型的全向图像展开、基于凸曲面反射镜的柱面全景图像无缝快速生成系统。这些光学方法都存在一些无法回避的缺点：                                                
Figure 2012100092625100002DEST_PATH_IMAGE001
光学方法装置的设计要求精度极高，不利于生产加工；
Figure 435513DEST_PATH_IMAGE002
光学全景图像柱面展开理论算法占用系统资源较大，后期计算量很大。
普通镜头拍摄图片合成技术：利用普通镜头在同一视点拍摄的8-9张有边界重叠的图像先映射到同一柱面,而后再拼接而成,采用这种思路的典型系统有苹果公司的QuickTime VR、佳能带全景拍摄数码相机及数字全景辅助生成软件系统及微软公司的Surround Video软件系统。这种方法的原理比较简单，然而采集到的图像不够精确，在一些高精度需求的场合不适用。
因此，提出一种结构简单、操作方便、稳定性好、能够得到较高精度的柱面外表面全景展开图的自动采集系统是十分必要的。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种结构简单、操作方便的，集被测柱面体的装夹、其旋转角度可精确调控的，相机位置适时调控的，定时拍摄自动获取较高精度的圆柱面外表面全景展开图的系统。
本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：基于线阵相机的柱面外表面全景自动采集系统，由拍摄装置、固定装置、旋转装置和中央控制器组成，
所述的固定装置包括工作台、大齿轮、小齿轮和步进电机，大齿轮、小齿轮和步进电机设置在工作台内，步进电机通过数据线与中央控制器连接，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮与步进电机的电机轴连接；
所述的旋转装置包括平板和三爪卡盘，三爪卡盘通过螺栓固定在平板上，平板通过传动轴与大齿轮连接，柱面体安装在三爪卡盘上；
所述的拍摄装置1包括线阵相机、直线电机、激光测距仪和相机架，直线电机上方设有相机架，相机架上设有线阵相机和激光测距仪，激光测距仪设置在线阵相机镜头下方，用于测量线阵相机镜头与柱面体之间的距离，中央控制器的通过数据线分别连接激光测距仪、线阵相机和直线电机，中央控制器通过步进电机控制柱面体以设定的旋转量旋转，每次旋转结束后，中央控制器根据激光测距仪测量的距离控制直线电机调整线阵相机与柱面体之间的距离。
本发明有益效果为：
1、装夹被测柱面体方便快捷，定心准确，被测物体的旋转角度和旋转次数精确可调；
2、线阵相机和被拍摄区域之间的距离可以通过直线电机精确控制，适应于包括圆柱面或非圆柱面柱面体的外表面展开，应用范围广泛；
3、使用中央处理器单片机编程控制柱面体的转动、相机架的移动和线阵相机的拍摄，自动化程度高，操作方便；
4、系统成像为真实图像非逻辑成像，不会产生畸变的现象，结果精确度高，采集到的图片可以用已有的合图工具以有机的形式合成，后期处理方便简单；
5、本系统全自动化操作，人为因素造成的误差较少，可重复性好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的流程示意图；
图中：1、拍摄装置，101、线阵相机，102、相机架，103、激光测距仪，104、直线电机，2、固定装置，201、工作台，202、大齿轮，203、小齿轮，204、步进电机，3、旋转装置，301、平板，302 、三爪卡盘，303、传动轴，4、中央控制器，5、柱面体。
具体实施方式
如图所示，基于线阵相机的柱面外表面全景自动采集系统，由拍摄装置1、固定装置2、旋转装置3和中央控制器4组成，
所述的固定装置2包括工作台201、大齿轮202、小齿轮203和步进电机204，大齿轮202、小齿轮203和步进电机204设置在工作台201内，步进电机204通过数据线与中央控制器4连接，大齿轮202与小齿轮203啮合，小齿轮203与步进电机204的电机轴连接；
所述的旋转装置3包括平板301和三爪卡盘302，三爪卡盘302通过螺栓固定在平板301上，平板301通过传动轴303与大齿轮202连接，柱面体5设置在三爪卡盘302上；
所述的拍摄装置1包括线阵相机101、直线电机104、激光测距仪103和相机架102，直线电机104上方设有相机架102，相机架102上设有线阵相机101和激光测距仪103，激光测距仪103设置在线阵相机101镜头下方，用于测量线阵相机101镜头与柱面体5之间的距离，中央控制器4的通过数据线分别连接激光测距仪103、线阵相机101和直线电机104，中央控制器4通过步进电机104控制柱面体5以设定的旋转量旋转，每次旋转结束后，中央控制器4根据激光测距仪103测量的距离控制直线电机104调整线阵相机101与柱面体5之间的距离。
中央控制器4内设置激光测距仪103与三爪卡盘302上放置的柱面体5的距离为L0，中央控制器4内的信号传输给步进电机204，步进电机204旋转α度停止，中央控制器4将信号传输给激光测距仪103，测试激光测距仪103与柱面体5的距离，中央控制器4将信号传输给直线电机104，直线电机104通过相机架102带动激光测距仪103移动，使激光测距仪103与柱面体5的距离为L0，中央控制器4将信号传输给线阵相机101，线阵相机101对柱面体5进行拍摄，重复执行上述操作N=360/α次。
所述的旋转装置，确保柱面体定心转动一个预先设定的精确的角度。
所述的中央控制器主要是通过单片机电路完成控制步进电机的旋转和线阵相机的拍射功能。
如附图2所示，首先向由单片机等组成的中央控制器中烧写编写好的程序，程序包含以下三方面内容：第一步，设定激光测距仪和被测区域的初始距离L0、步进电机旋转的加速度ω及步进电机旋转时间t1、t2；第二步，控制步进电机的旋转，控制步进电机以设定的角速度ω旋转设定的时间t1，而后停止旋转。步进电机旋转过程中，大齿轮与小齿轮啮合带动传动轴转动，平板与传动轴一体，柱面体由三抓卡盘加紧并固定在平板上，这样就实现了柱面体定心转动一个预先设定的精确的角度α(其中α=ωt1)；第三步，等待步进电机旋转设定的时间t1加上一定的延迟时间t2后，激光测距仪测量此时被测区域与激光测距仪的距离L，并反馈给中央处理器与初始设定距离L0比对，中央处理器控制直线电机调整相机架到指定位置，中央控制器控制线阵相机开始拍摄，再延迟时间t3，继续执行第二步。由于柱面体旋转的一次的角度为α，采集一周的图片需要拍摄次数N=360/α，所以设置程序执行N次这样的循环，便可以采集到柱面体外表面一周的图片。其次，把柱面体装夹在平板上，调整线阵相机架在直线电机上的位置并固定，启动程序采集保存图片。最后，以有机的形式合成采集到的图片，得到精确的圆柱面外表面全景展开图。
    本发明解决了柱面外表面的全景展开问题，精确的得到柱面外表面全景展开图，该系统可用于科学实验研究、比如采集展开内燃机气缸套的外表面，对其表面的穴蚀分布进行研究，也可用于警方指纹调查取证，另外它在教育娱乐以及军事领域都有着广泛的应用前景。

Claims (1)

1.基于线阵相机的柱面外表面全景自动采集系统，其特征在于：由拍摄装置（1）、固定装置（2）、旋转装置（3）和中央控制器（4）组成，
所述的固定装置（2）包括工作台（201）、大齿轮（202）、小齿轮（203）和步进电机（204），大齿轮（202）、小齿轮（203）和步进电机（204）设置在工作台（201）内，步进电机（204）通过数据线与中央控制器（4）连接，大齿轮（202）与小齿轮（203）啮合，小齿轮（203）与步进电机（204）的电机轴连接；
所述的旋转装置（3）包括平板（301）和三爪卡盘（302），三爪卡盘（302）通过螺栓固定在平板（301）上，平板（301）通过传动轴（303）与大齿轮（202）连接，柱面体（5）设置在三爪卡盘（302）上；
所述的拍摄装置（1）包括线阵相机（101）、直线电机（104）、激光测距仪（103）和相机架（102），直线电机（104）上方设有相机架（102），相机架（102）上设有线阵相机（101）和激光测距仪（103），激光测距仪（103）设置在线阵相机（101）镜头下方，用于测量线阵相机（101）镜头与柱面体（5）之间的距离，中央控制器（4）的通过数据线分别连接激光测距仪（103）、线阵相机（101）和直线电机（104），中央控制器（4）通过步进电机（104）控制柱面体（5）以设定的旋转量旋转，每次旋转结束后，中央控制器（4）根据激光测距仪（103）测量的距离控制直线电机（104）调整线阵相机（101）与柱面体（5）之间的距离。
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