CN109612448B - 一种激光视觉测量设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型激光视觉测量设备及方法，该新型激光视觉测量设备包括微处理器、至少一个摄像模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块，摄像模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块与微处理器电连接；第一、第二、第三激光测距模块的激光发出点置于同一竖直平面上，且该竖直平面与摄像模块所处的竖直平面平行或重合，第一、第二激光测距模块可转动设置，以使第一、第二、第三激光测距模块发射的激光线相交于同一交点。

Description

一种激光视觉测量设备及方法

技术领域

本发明涉及视觉测量设备技术领域，特别是一种激光视觉测量设备及方法。

背景技术

视觉测量技术把图片作为检测和传递信息的手段或载体加以利用，从图片中提取有用的信号，通过处理被测图片而获得所需的各种参数。视觉测量可以拍摄画面做后续处理，现有的视觉测量，或视觉+单激光头测量，对物体的测量精度不高，在一些需要精确测量的场合如建筑施工测量、家用装潢测量，在对墙面进行测量时，设计师需要快速的在墙面上获得各采样点之间的距离，上述视觉测量方法不能满足要求；激光测量精度很高，但是对目标物体的选点很麻烦，不能把现场画面带回后期处理，传统的激光测量不能直接测量目标物体平面内任意两点之间的距离，间接测量精度不高，误差较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、高效精准的激光视觉测量设备及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的激光视觉测量设备，包括微处理器、至少一个摄像模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块，所述摄像模块与所述微处理器电连接，以使所述微处理器可识别所述摄像模块拍得的图片中的像素；所述第一、第二、第三激光测距模块与所述微处理器电连接，以使三个激光测距模块检测到的数据可传送至微处理器；所述的三个激光测距模块的激光发出点置于同一竖直平面上，且该竖直平面与所述摄像模块所处的竖直平面平行或重合，所述第一、第二激光测距模块可转动设置，以使所述三个激光测距模块发射的激光线相交于同一交点。

进一步，所述三个激光测距模块的激光发出点置于同一三角形的三个顶点上。

进一步，激光视觉测量设备还包括机芯安装架，所述第三激光测距模块、摄像模块设置在所述机芯安装架的前端面，所述第一、第二激光测距模块可转动设置在所述机芯安装架的顶端。

进一步，激光视觉测量设备还包括第一安装座、第二安装座，所述第一激光测距模块固定设置在所述第一安装座的顶端，所述第二激光测距模块固定设置在所述第二安装座的顶端，所述第一安装座、第二安装座的底端中心分别设置转动圆球，所述转动圆球的底端设置在所述机芯安装架顶端的凹槽内，所述第一安装座、第二安装座的四角与机芯安装架顶端之间设置可伸缩的调节螺栓，以使升降所述调节螺栓时可调整第一安装座、第二安装座的倾斜角度，进而调整第一激光测距模块、第二激光测距模块与水平面之间的夹角。

进一步，激光视觉测量设备还包括第三安装座，所述第三激光测距模块的两侧与所述第三安装座之间设置可伸缩的横向调节螺栓，以使所述横向调节螺栓伸缩时可调整所述第三激光测距模块的水平位置。

进一步，激光视觉测量设备还包括与所述微处理器电连接的显示设备，以使所述摄像模块拍得的图片可显示在所述显示设备上，并可在显示设备上选择任意两点，用于求取两点之间的距离。

进一步，激光视觉测量设备还包括可移动的聚光挡板，所述聚焦挡板用于承接所述第一、第二、第三激光测距模块发射出的激光线，调整所述第一、第二激光测距模块的倾斜角度、所述聚光挡板的位置，以使所述第一、第二、第三激光测距模块发射出的激光线相交的交点置于所述聚光挡板上，便于对交点进行观察和捕捉。

上述激光视觉测量设备的测量方法，包括如下步骤：

A、交点测定：打开第一、第二、第三激光测距模块，使得第一、第二、第三激光测距模块发射出的激光线相交于一点，由微处理器记录第一激光测距模块的激光发出点至交点的距离L1、第二激光测距模块的激光发出点至交点的距离L2、第三激光测距模块的激光发出点至交点的距离L3；手动测量第一激光测距模块的激光发出点与第二激光测距模块的激光发出点之间的距离L4、第一激光测距模块的激光发出点与第三激光测距模块的激光发出点之间的间距L5、第二激光测距模块的激光发出点与第三激光测距模块的激光发出点之间的间距L6，并由微处理器进行记录。

B、平行判定：打开第一、第二、第三激光测距模块，使得第一、第二、第三激光测距模块发射出的激光线相交于一点后投射到待测墙面上，获得第一激光线投射点、第二激光线投射点、第三激光线投射点，调整设备前端面四角与待测墙面的距离，使得第一激光测距模块至第一激光线投射点的距离L1’与L1的比值、第二激光测距模块至第三激光线投射点的距离L2’与L2的比值、第三激光测距模块至第三激光线投射点的距离L3’与L3的比值相等，则第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块的激光发出点所处的竖直平面与待测墙面平行，即摄像模块所处的竖直平面与待测墙面平行，由微处理器记录此时的L1’、L2’、L3’。

C、计算单一像素对应在墙面横向X方向的实际尺寸值dx、纵向Y方向的实际尺寸值dy：打开摄像模块对待测墙面进行拍照，获得的图片上可显示第一激光线投射点、第二激光线投射点、第三激光线投射点，图片传送至微处理器；由微处理器识别第一激光线投射点在图片中的坐标（X1，Y1）、第二激光线投射点在图片中的坐标（X2，Y2）、第三激光线投射点在图片中的坐标（X3，Y3），微处理器根据L1’与L1之间的差值计算出交点至墙面第一激光线投射点的距离L7，第一激光线投射点与第二激光线投射点之间的距离为L4’，根据相似三角形原理，L1和L7之间的比值应等于L4和L4’之间的比值，微处理器可根据L1、L7、L4的数值计算出L4’，同理可计算出第一激光线投射点与第三激光线投射点之间的距离为L5’、第二激光线投射点与第三激光线投射点之间的距离为L6’，由勾股定理可知，

（(X1-X2)dx）²+（（Y1-Y2）dy）²=L4’²，

（(X1-X3)dx）²+（（Y1-Y3）dy）²=L5’²，

（(X2-X3)dx）²+（（Y2-Y3）dy）²=L6’²；

其中X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、L4’、L5’、L6’均为已知，根据其中的2个算式即可计算出单一像素对应X方向的实际尺寸值dx、对应Y方向的实际尺寸值dy。

D、自选点测量：操作者在显示设备上点击图片的任意两点，微处理器识别两点的坐标分别为（Xm，Ym）、（Xn，Yn），由（(Xm-Xn)dx）²+（（Ym-Yn）dy）²可通过勾股定理计算出两点之间的距离Lm。

发明的技术效果：本发明的激光视觉测量设备，相对于现有技术，通过将3个激光测距模块的激光发出点置于同一平面上，使用过程中可将激光测距模块、摄像模块调整至与待测墙面平行，确保检测结果精确度；第一激光测距模块、第二激光测距模块可转动设置，可对三个激光发射线的交点进行调节，便于校准；遮光挡板的设置可方便的对交点进行捕捉。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明的激光视觉测量设备的原理框图；

图2是本发明的机芯的立体结构示意图；

图3是本发明的机芯的半剖结构示意图；

图4是本发明的激光视觉测量设备的立体结构示意图；

图5是本发明的激光视觉测量设备的正视图。

图中：微处理器1，摄像模块2，第一激光测距模块3，第一安装座31，前调节螺栓32，第二激光测距模块4，第二安装座41，后调节螺栓42，转动圆球43，第三激光测距模块5，第三安装座51，横向调节螺栓52，显示器6，第一激光线71，第二激光线72，第三激光线73，机芯安装架8，顶板91，底板92，立杆93。

实施方式

实施例1 如图1至图5所示，本实施例的激光视觉测量设备，包括微处理器1、一个摄像模块2、第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5，其中微处理器1可采用Freescale Cortex-A9 双核I.MX6D处理器，其基本参数为主频1GHz、1G DDR3内存、8G EMMC存储，搭载Linux操作系统和OpenCV视觉数据库，摄像模块2可采用罗技C270摄像头，摄像模块2与微处理器1电连接，以使微处理器1可对摄像模块2拍得的图片中的像素进行识别，摄像模块2、第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5构成机芯。

激光视觉测量设备还包括与微处理器1电连接的显示设备6，以使摄像模块2拍得的图片可显示在显示设备6上，并可在显示设备6上选择任意两点，用于求取两点之间的距离。为便于操控，显示设备可选用触摸屏显示器，可实现选点后的放大，便于观察和记录。

激光视觉测量设备还包括机芯安装架8和设备机架，设备机架包括底板92和顶板91，底板92的四角与顶板91的四角之间经立杆93固定相连，机芯安装架8的底端与底板92固定相连，使得机芯安装架8置于底板92和顶板91之间；摄像模块2固定设置在机芯安装架8的前端面，摄像模块2的上方固定设置第三安装座51，第三激光测距模块5的左右两侧分别经横向调节螺栓52与第三安装座51相连，使得第三激光测距模块5可在第三安装座51内左右调节，以调节第三激光测距模块5发射出第三激光线73的位置。

激光视觉测量设备还包括第一安装座31、第二安装座41，第一激光测距模块3固定设置在第一安装座31的顶端，第二激光测距模块4固定设置在第二安装座41的顶端，第一安装座31、第二安装座41的底端中心分别设置转动圆球43，转动圆球43的底端设置在机芯安装架8顶端的半圆凹槽内，转动圆球43的底端设置在第一安装座31、第二安装座41底端的半圆凹槽内，使得第一安装座31、第二安装座41可由转动圆球43支撑；第一安装座31、第二安装座41的前端两侧经前调节螺栓32与机芯安装架8顶端相连，第一安装座31、第二安装座41的后端两侧经后调节螺栓42与机芯安装架8顶端相连，以使前调节螺栓32、后调节螺栓42升降时，可驱动第一安装座31、第二安装座42在机芯安装架8的顶端绕转动圆球43摆动，即可调整第一安装座31、第二安装座41的倾斜角度，进而调整第一激光测距模块3、第二激光测距模块4与水平面之间的夹角。使用时第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5的激光发出点置于同一竖直平面上，且与机芯安装架8的前端面平行。

第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5与微处理器1电连接，以使第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5检测到的数据可传送至微处理器1。

作为优选，第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5的激光发出点置于同一等腰三角形的三个顶点上，以使第一激光测距模块3的激光发出点与第三激光测距模块5的激光发出点之间的距离与第二激光测距模块4的激光发出点与第三激光测距模块5的激光发出点之间的距离相等。

作为优选，激光视觉测量设备还包括可移动的聚光挡板，调整第一激光测距模块3与第二激光测距模块4的倾斜角度，以使第一激光测距模块3发射出的第一激光线71、第二激光测距模块4发射出的第二激光线72、第三激光测距模块5发射出的第三激光线73投射到聚光挡板上，调整聚光挡板的位置使得第一激光线71、第二激光线72、第三激光线73相交的交点置于聚光挡板上，便于对交点进行观察和捕捉。

实施例2

上述激光视觉测量设备的工作方法，包括如下步骤：

A、交点测定：打开第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5，使得第一激光测距模块3发射出的第一激光线71、第二激光测距模块4发射出的第二激光线72、第三激光测距模块5发射出的第三激光线73相交于一点，由微处理器1记录第一激光测距模块71的激光发出点至交点的距离L1、第二激光测距模块4的激光发出点至交点的距离L2、第三激光测距模块5的激光发出点至交点的距离L3；手动测量第一激光测距模块3的激光发出点与第二激光测距模块4的激光发出点之间的距离L4、第一激光测距模块3的激光发出点与第三激光测距模块5的激光发出点之间的间距L5、第二激光测距模块4的激光发出点与第三激光测距模块5的激光发出点之间的间距L6，并由微处理器1进行记录，上述参数可由设备在出厂前进行调试获得。

B、平行判定：打开第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5，使得第一激光测距模块3发射出的第一激光线71、第二激光测距模块4发射出的第二激光线72、第三激光测距模块5发射出的第三激光线73相交于一点后投射到待测墙面上，在待测墙面上获得第一激光线投射点、第二激光线投射点、第三激光线投射点，调整设备前端面四角与待测墙面的距离，使得第一激光测距模块3至第一激光线投射点的距离L1’与L1的比值、第二激光测距模块4至第三激光线投射点的距离L2’与L2的比值、第三激光测距模块5至第三激光线投射点的距离L3’与L3的比值相等，则第一激光测距模块3、第二激光测距模块4、第三激光测距模块5的激光发出点所处的竖直平面与待测墙面平行，即摄像模块2所处的竖直平面与待测墙面平行，由微处理器1记录此时的L1’、L2’、L3’。

C、计算单一像素对应在墙面横向X方向的实际尺寸值dx、纵向Y方向的实际尺寸值dy：打开摄像模块2对待测墙面进行拍照，获得的图片上可显示第一激光线投射点、第二激光线投射点、第三激光线投射点，图片传送至微处理器1；由微处理器1识别第一激光线投射点在图片中的坐标（X1，Y1）、第二激光线投射点在图片中的坐标（X2，Y2）、第三激光线投射点在图片中的坐标（X3，Y3），微处理器根据L1’与L1之间的差值计算出交点至墙面第一激光线投射点的距离L7，第一激光线投射点与第二激光线投射点之间的距离为L4’，根据相似三角形原理，L1和L7之间的比值应等于L4和L4’之间的比值，微处理器可根据L1、L7、L4的数值计算出L4’，同理可计算出第一激光线投射点与第三激光线投射点之间的距离为L5’、第二激光线投射点与第三激光线投射点之间的距离为L6’，由勾股定理可知，

（(X1-X2)dx）²+（（Y1-Y2）dy）²=L4’²，

（(X1-X3)dx）²+（（Y1-Y3）dy）²=L5’²，

（(X2-X3)dx）²+（（Y2-Y3）dy）²=L6’²；

其中X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、L4’、L5’、L6’均为已知，根据其中的2个算式即可计算出单一像素对应X方向的实际尺寸值dx、对应Y方向的实际尺寸值dy。

D、自选点测量：操作者在显示设备上点击图片的任意两点，微处理器识别两点的坐标分别为（Xm，Ym）、（Xn，Yn），由（(Xm-Xn)dx）²+（（Ym-Yn）dy）²可通过勾股定理计算出两点之间的距离Lm。

步骤C中，可由微处理器根据L2’与L2之间的差值计算出交点至墙面第二激光线投射点的距离L8，第一激光线投射点与第三激光线投射点之间的距离为L5’，根据相似三角形原理，L2和L8之间的比值应等于L5和L5’之间的比值，微处理器1可根据L2、L8、L5的数值计算出L5’；微处理器1根据L3’与L3之间的差值计算出交点至墙面第三激光线投射点的距离L9，第二激光线投射点与第三激光线投射点之间的距离为L6’，根据相似三角形原理，L3和L9之间的比值应等于L6和L6’之间的比值，微处理器1可根据L3、L9、L6的数值计算出L6’。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种激光视觉测量设备，其特征在于，包括微处理器、至少一个摄像模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块，所述摄像模块与所述微处理器电连接，以使所述微处理器可识别所述摄像模块拍得的图片中的像素；所述第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块与所述微处理器电连接，以使所述第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块检测到的数据可传送至微处理器；所述第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块置于同一竖直平面上，且该竖直平面与所述摄像模块所处的竖直平面平行或重合，所述第一激光测距模块、第二激光测距模块可转动设置，以使所述第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块发射的激光线可相交于同一交点；

所述第一激光测距模块、第二激光测距模块、第三激光测距模块置于同一三角形的三个顶点上；

所述的激光视觉测量设备还包括可移动的聚光挡板，所述聚光挡板用于承接所述第一激光测距模块发射出的第一激光线、所述第二激光测距模块发射出的第二激光线、所述第三激光测距模块发射出的第三激光线，调整所述第一激光测距模块与所述第二激光测距模块的倾斜角度、所述聚光挡板的位置，以使所述第一激光测距模块发射出的第一激光线、所述第二激光测距模块发射出的第二激光线、所述第三激光测距模块发射出的第三激光线相交的交点置于所述聚光挡板上；

第一、第二、第三激光测距模块发射出的激光线相交于一点后投射到待测墙面上。

2.根据权利要求1所述的激光视觉测量设备，其特征在于，还包括机芯安装架，所述第三激光测距模块、摄像模块设置在所述机芯安装架的前端面，所述第一激光测距模块、第二激光测距模块可转动设置在所述机芯安装架的顶端。

3.根据权利要求2所述的激光视觉测量设备，其特征在于，还包括第一安装座、第二安装座，所述第一激光测距模块固定设置在所述第一安装座的顶端，所述第二激光测距模块固定设置在所述第二安装座的顶端，所述第一安装座、第二安装座的底端中心分别设置转动圆球，所述转动圆球的底端设置在所述机芯安装架顶端的凹槽内，所述第一安装座、第二安装座的四角与机芯安装架顶端之间设置可伸缩的调节螺栓，以使升降所述调节螺栓时可调整第一安装座、第二安装座的倾斜角度，进而调整第一激光测距模块、第二激光测距模块与水平面之间的夹角。

4.根据权利要求3所述的激光视觉测量设备，其特征在于，还包括第三安装座，所述第三激光测距模块的两侧与所述第三安装座之间设置可伸缩的横向调节螺栓，以使所述横向调节螺栓伸缩时可调整所述第三激光测距模块的水平位置。

5.根据权利要求4所述的激光视觉测量设备，其特征在于，还包括与所述微处理器电连接的显示设备，以使所述摄像模块拍得的图片可显示在所述显示设备上，并可在显示设备上选择任意两点。