CN103712572A - 结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，包括靶标、激光发射器、相机、连接件、固定底座和PC机，所述的激光发射器和相机分别通过连接件安装在固定底座上，所述的PC机与相机连接；激光发射器发射激光，PC机控制相机采集不同位置靶标上激光线的图像，标定激光平面与相机的位置关系，利用该位置关系及被测物体表面与激光平面相交曲线的图像，计算被测物体上激光经过位置的被测物体表面三维坐标。与现有技术相比，本发明具有操作简单、价格低廉等优点。
Description
技术领域
本发明涉及摄影测量技术领域的物体轮廓三维测量装置，尤其是涉及一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置。
背景技术
物体的三维信息记录方法主要有：直接测量、基于X射线的CT扫描法，基于计算机视觉的方法和激光三维扫描仪等方法。直接测量的方法耗费大量人力，工作量大；采用CT扫描的方法价格昂贵，专用仪器体积巨大，使用不够方便，并且扫描耗时长；激光三维扫描仪数据处理复杂，设备造价高；计算机视觉的方法需要对数据进行三维重建，自动化处理困难，存在测量不精确，容易被遗漏被遮挡位置的问题。
目前广泛应用的三维坐标测量主要有光学坐标测量和结构光照明的主动光学三维坐标测量技术。
光学坐标测量技术主要是采用校正好的摄像机和一个辅助测量棒进行测量，辅助测量棒上有多个标记点和一个可以与被测物体接触的测头。测量前精密测定标记点和测头在辅助测量棒坐标系中的坐标。通过计算辅助测量棒上测头的坐标能够得出被测点的三维坐标。近年来，已有多家公司研制出较为成熟的产品，例如瑞士Leica公司推出的T2 pro通用坐标测量机和德国AICON 3D Systems公司的Procam便携式坐标测量机。
采用结构光照明的主动光学三维坐标测量技术具有非接触、速度快和测量精度高等优点，被大多数实用的三维面形测量仪使用。通过标定结构光和光学传感元件之间的位置关系，即可计算出结构光和物体交线上点的三维坐标。但是由于线结构光测量一次只能得到物体表面某一截面上的轮廓线，为了得到完成的物体表面必须附加一维扫描。该技术应用上的困难主要是标定结构光和旋转中心的过程繁琐和复杂，这些标定方法都需要使用经过精密加工的标准模型，而且模型的定位精度也要求很高。专业人员需要使用高精度的辅助设备对线结构光和旋转中心进行精密的调节，并且通过测量标准件来保证其误差在允许的范围内才能得到满意的标定结果。当结构光与相机的相对位置发生改变时，则需要重新进行上述复杂的标定，会耗费大量的精力。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简单、价格低廉的结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，包括靶标、激光发射器、相机、连接件、固定底座和PC机，所述的激光发射器和相机分别通过连接件安装在固定底座上，所述的PC机与相机连接；
激光发射器发射激光，PC机控制相机采集不同位置靶标上激光线的图像，标定激光平面与相机的位置关系，利用该位置关系及被测物体表面与激光平面相交曲线的图像，计算被测物体上激光经过位置的被测物体表面三维坐标。
所述的靶标包括平面板，所述的平面板上设有4个靶点，该4个靶点的中心构成一个正方形。
所述的连接件包括安装支架或螺丝。
所述的激光发射器和相机安装在固定底座上时，激光发射器所发射的激光在被照射物体上形成的线条涵盖在相机的视场范围内。
所述的标定激光平面与相机的位置关系具体为：
(1)将靶标置于A处，激光发射器发射激光，相机拍摄靶标和激光交线的图像，并使靶标上的4个靶点和激光的交线同时出现在相机视场内；
(2)将靶标置于B处，重复步骤(1)，获得图像b；
(3)根据图像a和b，标定出激光平面和相机的位置关系。
与现有技术相比，本发明提供了一种简单的结构光源与相机结合测量物体轮廓三维坐标的装置，方便于对物体轮廓进行三维测量，能够适应于大规模、快速的工业三维测量。
附图说明
图1为靶标示意图；
图2为本发明装置的结构示意图；
图3为标定过程示意图；
图4为测量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，包括靶标、激光发射器1、相机2、连接件3、固定底座4和PC机，所述的激光发射器1和相机2分别通过连接件3安装在固定底座4上，且激光发射器1所发射的激光在被照射物体上形成的线条涵盖在相机2的视场范围内，所述的PC机与相机2连接，所述的连接件3包括安装支架或螺丝等。激光发射器1射激光，PC机控制相机采集不同位置靶标上激光线的图像，标定激光平面与相机的位置关系，利用该位置关系及被测物体表面与激光平面相交曲线的图像，计算被测物体上激光经过位置的被测物体表面三维坐标。
如图1所示，所述的靶标包括平面板，所述的平面板上设有4个靶点，该4个靶点的中心构成一个正方形，4个靶点可打印在打印纸上，打印纸粘贴在平面板上。
上述的结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置的工作原理具体如下：
1、固定激光发射器1和相机2
将激光发射器1和相机2分别通过连接件3与固定底座4上，保持相机2、激光发射器1与固定底座4的相对位置不发生变化，调整相机2镜头方向，使激光在被照射物体上形成的线条涵盖在相机2的视场范围内。
2、标定激光平面与相机的位置关系
(1)将靶标置于A处，激光发射器发射激光，相机拍摄靶标和激光交线的图像，并使靶标上的4个靶点和激光的交线同时出现在相机视场内；
(2)将靶标置于B处，重复步骤(1)，获得图像b；
(3)根据图像a和b，标定出激光平面和相机的位置关系，如图3所示，具体为：
分别提取图像a和b靶标上的4个靶点和结构光在像平面上的坐标信息，由4个靶点的坐标信息计算出靶标成像平面S的方程式，激光在像平面上的所有点和相机坐标系原点构成一个平面P，根据透射投影模型，P与S的交线即是激光和靶标的交线在相机坐标系中的实际位置；计算P和S相交，得到激光和靶标在位置A、B处的交线在相机坐标系中的方程LA和LB，由直线方程LA和LB计算出结构光在相机坐标系中的平面方程式S。
3、拍摄激光和被测物体交线的图像
如图4所示，将被测物体和激光平面相交形成一条交线，使用和激光发射器绑定的相机拍摄这条交线。
4、计算物体轮廓的三维坐标
根据标定出的激光平面和相机的位置关系，以及激光平面和物体交线的图像，通过PC机算出物体轮廓的三维坐标信息。
Claims (5)
1.一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，其特征在于，包括靶标、激光发射器、相机、连接件、固定底座和PC机，所述的激光发射器和相机分别通过连接件安装在固定底座上，所述的PC机与相机连接；
激光发射器发射激光，PC机控制相机采集不同位置靶标上激光线的图像，标定激光平面与相机的位置关系，利用该位置关系及被测物体表面与激光平面相交曲线的图像，计算被测物体上激光经过位置的被测物体表面三维坐标。
2.根据权利要求1所述的一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，其特征在于，所述的靶标包括平面板，所述的平面板上设有4个靶点，该4个靶点的中心构成一个正方形。
3.根据权利要求1所述的一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，其特征在于，所述的连接件包括安装支架或螺丝。
4.根据权利要求1所述的一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，其特征在于，所述的激光发射器和相机安装在固定底座上时，激光发射器所发射的激光在被照射物体上形成的线条涵盖在相机的视场范围内。
5.根据权利要求1所述的一种结构光源与相机结合的物体轮廓三维坐标测量装置，其特征在于，所述的标定激光平面与相机的位置关系具体为：
(1)将靶标置于A处，激光发射器发射激光，相机拍摄靶标和激光交线的图像，并使靶标上的4个靶点和激光的交线同时出现在相机视场内；
(2)将靶标置于B处，重复步骤(1)，获得图像b；
(3)根据图像a和b，标定出激光平面和相机的位置关系。
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