CN106908802A - 一种基于图像处理的激光束空间定位装置及方法 - Google Patents

一种基于图像处理的激光束空间定位装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的激光束空间定位装置和方法，包括主机以及设置在主机顶部的舵机组，舵机组包括安装在主机顶部的水平舵机臂以及一端铰链接在水平舵机顶端的竖直舵机臂，竖直舵机臂另一端安装有距离测量装置，距离测量装置正下方的竖直舵机臂上安装有激光发生器，距离测试装置用于检测激光发射器发射激光方向的距离，水平舵机臂和竖直舵机臂上还安装有用来测量舵机臂转动角度的角度传感器；主机前端面上设置有用于捕捉被测物的摄像头，主机后端面上设置有显示器，利用摄像机和图像处理技术在平面中检测到空间物体，再里面绕测点转动的激光束对物体进行捕捉，并记录此时相对原定点转动的距离，然后根据光学原理测得激光束发射点到被测物体的距离，在保证对空间中内的物体进行有效的定位的同时简化整个定位装置，方便实际作业。

Description

一种基于图像处理的激光束空间定位装置及方法
技术领域
本发明属于测控领域，具体涉及一种基于图像处理的激光束空间定位装置及方法。
背景技术
目前，空间定位技术广泛应用于建筑和工程机械行业。对现有的空间定位方法而言，多为多点定位，即采用多个摄像头或者多个激光束利用三点定位的原则对空间物体进行定位；但采用多个摄像头和多个激光束进行定位，对空间的要求较大，而且相当一部分定位方法的结构较复杂，因而易对实际作业造成困扰。因此，如何能够在有限空间内对空间中内的物体进行有效的空间定位，同时，又避免整个定位装置结构过于复杂，是亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像处理的激光束空间定位装置及方法，利用摄像机和图像处理技术在平面中检测到空间物体，再里面绕测点转动的激光束对物体进行捕捉，并记录此时相对原定点转动的距离，然后根据光学原理测得激光束发射点到被测物体的距离，在保证对空间中内的物体进行有效的定位的同时简化整个定位装置，方便实际作业。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种基于图像处理的激光束空间定位装置，包括主机以及设置在主机顶部的舵机组，舵机组包括安装在主机顶部的水平舵机臂以及一端铰链接在水平舵机顶端的竖直舵机臂，竖直舵机臂另一端安装有距离测量装置，距离测量装置正下方的竖直舵机臂上安装有激光发生器，距离测试装置用于检测激光发射器发射激光方向的距离，水平舵机臂和竖直舵机臂上还安装有用来测量舵机臂转动角度的角度传感器；主机前端面上设置有用于捕捉被测物的摄像头，主机后端面上设置有显示器。
所述激光发射器采用单激光发射器，所述摄像头采用广角摄像头。
还包括激光接收器和计时器，激光接收器用于接收激光发射器发出的光束照射到被测物体时发生反射的光束；计时器用于记录激光发射器的激光发射时间t1和激光接收器收到发射光束的时间t2，还包括设置在主机内的单片机，单片机内存储有激光的传输速度v，单片机用于接收角度传感器监测到的水平舵机臂和竖直舵机臂的转动角度，以及计时器记录的激光发射时间t1和激光接收器收到发射光束的时间t2，并将计算得到被测物体的空间位置发送给显示器，显示器用于显示被测物体的空间位置。
一种基于图像处理的激光束空间定位方法，包括以下步骤：
步骤一：将被测物体置于摄像头的视野中，用摄像头拍摄，并将拍摄得到图像传送给单片机；
步骤二：单片机对接收到的图像进行处理，步骤得到图像中的被测物体边界以及激光点位置，确定激光点和被测物之间的位置关系；
步骤三：由单片机控制舵机组带动激光发射器发射的激光束转动，通过角度传感器测量激光束转动的角度，当激光束转动至指向被测物体的几何中心时，舵机组停止转动，记录角度传感器测得的激光束水平面的转动角度α和铅垂面转动角度β；
步骤四：测量点激光发射器到被测物体的点对点的直线距离d；
先由激光发射器发射的光透过凸透镜产生一束平行的光源同时由计时器记录此时时刻t1；当光束照射到被测物体时发生反射，发生反射的光束沿原路返回，再次透过凸透镜、光栅和滤光镜被激光接收器接收，当激光接收器接收到返回的激光时，计时器再次记录此时的时刻t2，并传给单片机，且已知激光的传输速度v，则距离d计算公式如下：
d＝v×(t2-t1)
步骤五：单片机通过d、α和β参数算出被测物的三维坐标，再通过显示装置将被测物的三维坐标显示出来。
所述的步骤三中使用的激光束为单束，在进行空间定位时通过测量单激光束绕测点转动，并通过角度传感器记录此时的角度α和β。
所述的步骤五是由根据步骤三测到的角度参数α和β、步骤四测得距离参数d来描述，其计算时利用了空间坐标(x,y,z)的形式表示出来，并进行显示。
与现有技术相比，本发明在不降低定位精度的情况下，对空间的占用没有那么高的要求，同时，其所组成结构相对简单，而且根据本发明中提到的定位方法进行定位的话，所需的成本也较低，准备起来也比较容易。
附图说明
图1为本发明装置的组成图；
图2为本发明装置的工作流程图。
附图中：1.激光发生器；2.距离测量装置；3.舵机组；4.角度传感器；5.显示器；6.单片机；7.广角摄像头；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明装置包括主机以及设置在主机顶部的舵机组3，舵机组3包括安装在主机顶部的水平舵机臂以及一端铰链接在水平舵机顶端的竖直舵机臂，竖直舵机臂另一端安装有距离测量装置2，距离测量装置2正下方的竖直舵机臂上安装有激光发生器1，距离测试装置用于检测激光发射器1发射激光方向的距离，水平舵机臂和竖直舵机臂上还安装有用来测量舵机臂转动角度的角度传感器4；主机前端面上设置有用于捕捉被测物的摄像头7，主机后端面上设置有显示器5；还包括激光接收器和计时器，激光接收器用于接收激光发射器1发出的光束照射到被测物体时发生反射的光束；计时器用于记录激光发射器1的激光发射时间t1和激光接收器收到发射光束的时间t2，还包括设置在主机内的单片机6，单片机6内存储有激光的传输速度v，单片机6用于接收角度传感器4监测到的水平舵机臂和竖直舵机臂的转动角度，以及计时器记录的激光发射时间t1和激光接收器收到发射光束的时间t2，并将计算得到被测物体的空间位置发送给显示器5，显示器5用于显示被测物体的空间位置。
本发明中的激光发射器1采用单激光发射器，摄像头7采用广角摄像头。
如图2所示，本发明的方法包括以下步骤：
步骤一：将被测物体置于摄像头的视野中，用摄像头拍摄，并将拍摄得到图像传送给单片机；
步骤二：单片机对接收到的图像进行处理，步骤得到图像中的被测物体边界以及激光点位置，确定激光点和被测物之间的位置关系；
步骤三：由单片机控制舵机组带动激光发射器发射的激光束转动，通过角度传感器测量激光束转动的角度，当激光束转动至指向被测物体的几何中心时，舵机组停止转动，记录角度传感器测得的激光束水平面的转动角度α和铅垂面转动角度β；
步骤四：测量点激光发射器到被测物体的点对点的直线距离d；
先由激光发射器发射的光透过凸透镜产生一束平行的光源同时由计时器记录此时时刻t1；当光束照射到被测物体时发生反射，发生反射的光束沿原路返回，再次透过凸透镜、光栅和滤光镜被激光接收器接收，当激光接收器接收到返回的激光时，计时器再次记录此时的时刻t2，并传给单片机，且已知激光的传输速度v，则距离d计算公式如下：
d＝v×(t2-t1)
步骤五：单片机通过d、α和β参数算出被测物的三维坐标，再通过显示装置将被测物的三维坐标显示出来。
所述的步骤三中使用的激光束为单束，在进行空间定位时通过测量单激光束绕测点转动，并通过角度传感器记录此时的角度α和β。
所述的步骤五是由根据步骤三测到的角度参数α和β、步骤四测得距离参数d来描述，其计算时利用了空间坐标(x,y,z)的形式表示出来，并进行显示。
本发明的单激光发射器1、摄像头7、舵机组3、单片机6、距离测量装置2、角度传感器4和显示器5之间通过数据连接线进行连接。

Claims (6)

1.一种基于图像处理的激光束空间定位装置，其特征在于，包括主机以及设置在主机顶部的舵机组(3)，舵机组(3)包括安装在主机顶部的水平舵机臂以及一端铰链接在水平舵机顶端的竖直舵机臂，竖直舵机臂另一端安装有距离测量装置(2)，距离测量装置(2)正下方的竖直舵机臂上安装有激光发生器(1)，距离测试装置用于检测激光发射器(1)发射激光方向的距离，水平舵机臂和竖直舵机臂上还安装有用来测量舵机臂转动角度的角度传感器(4)；主机前端面上设置有用于捕捉被测物的摄像头(7)，主机后端面上设置有显示器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种单激光空间定位装置，其特征在于，所述激光发射器(1)采用单激光发射器，所述摄像头(7)采用广角摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种单激光空间定位装置，其特征在于，还包括激光接收器和计时器，激光接收器用于接收激光发射器(1)发出的光束照射到被测物体时发生反射的光束；计时器用于记录激光发射器(1)的激光发射时间t1和激光接收器收到发射光束的时间t2，还包括设置在主机内的单片机(6)，单片机(6)内存储有激光的传输速度v，单片机(6)用于接收角度传感器(4)监测到的水平舵机臂和竖直舵机臂的转动角度，以及计时器记录的激光发射时间t1和激光接收器收到发射光束的时间t2，并将计算得到被测物体的空间位置发送给显示器(5)，显示器(5)用于显示被测物体的空间位置。
4.一种基于图像处理的激光束空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将被测物体置于摄像头的视野中，用摄像头拍摄，并将拍摄得到图像传送给单片机；
步骤二：单片机对接收到的图像进行处理，步骤得到图像中的被测物体边界以及激光点位置，确定激光点和被测物之间的位置关系；
步骤三：由单片机控制舵机组带动激光发射器发射的激光束转动，通过角度传感器测量激光束转动的角度，当激光束转动至指向被测物体的几何中心时，舵机组停止转动，记录角度传感器测得的激光束水平面的转动角度α和铅垂面转动角度β；
步骤四：测量点激光发射器到被测物体的点对点的直线距离d；
先由激光发射器发射的光透过凸透镜产生一束平行的光源同时由计时器记录此时时刻t1；当光束照射到被测物体时发生反射，发生反射的光束沿原路返回，再次透过凸透镜、光栅和滤光镜被激光接收器接收，当激光接收器接收到返回的激光时，计时器再次记录此时的时刻t2，并传给单片机，且已知激光的传输速度v，则距离d计算公式如下：
d＝v×(t2-t1)
步骤五：单片机通过d、α和β参数算出被测物的三维坐标，再通过显示装置将被测物的三维坐标显示出来。
5.如权利要求4所述的一种基于图像处理的激光束空间定位方法，其特征在于，所述的步骤三中使用的激光束为单束，在进行空间定位时通过测量单激光束绕测点转动，并通过角度传感器记录此时的角度α和β。
6.如权利要求4所述的一种基于图像处理的激光束空间定位方法，其特征在于，所述的步骤五是由根据步骤三测到的角度参数α和β、步骤四测得距离参数d来描述，其计算时利用了空间坐标(x,y,z)的形式表示出来，并进行显示。
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