CN111220100B - 基于激光束的测量方法、装置、系统、控制设备及介质 - Google Patents

基于激光束的测量方法、装置、系统、控制设备及介质 Download PDF

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CN111220100B CN202010276592.5A CN202010276592A CN111220100B CN 111220100 B CN111220100 B CN 111220100B CN 202010276592 A CN202010276592 A CN 202010276592A CN 111220100 B CN111220100 B CN 111220100B
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Abstract

本发明实施例公开了一种基于激光束的测量方法、装置、系统、控制设备及介质。通过确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，然后根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵，根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。达到了节省机构设计的空间，并降低机构装配难度以及生产成本的目的。

Description

基于激光束的测量方法、装置、系统、控制设备及介质
技术领域
本发明实施例涉及激光测量技术，尤其涉及基于激光束的测量方法、装置、系统、控制设备及介质。
背景技术
目前，在建筑行业对大面积的墙面没有很好的测量手段，没有与之匹配的大视野视觉系统来完成对大面积的墙面检测任务。
现有技术中，要获取物体的三维信息，一般通过两种方式进行测量，一种是通过双目立体视觉技术视差，一种通过单目+线激光利用三角测量法的原理来计算Z向位置，两者皆可获取物体的深度信息。采用第一种方式测量时，双目测量需要有重合视野，需要保持与物体较远的工作距离才能获取较大的视野，不适合狭小空间作业；通过单目与线激光结合的方式测量墙面的平整度时，需要人工进行精准匀速移动的机构来保证移动过程中线激光能完整扫描覆盖被测物体，对视觉装置的机构设计和装配都有较高的要求。由此可以得出，采用上述方式对狭小空间内且视野较大的墙面的平整度进行测试时，测量难度较大，耗费成本多。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于激光束的测量方法、装置、系统、控制设备及介质，以实现降低测量难度和耗费成本的效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于激光束的测量方法，其中，包括：
确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；
根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；
根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于激光束的测量装置，其中，包括：
激光数据确定模块，用于确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；
目标姿态矩阵确定模块，用于根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；
测量信息确定模块，用于根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。
第三方面，本发明实施例还提供了一种基于激光束的测量系统，其中，包括：旋转电机、设置在所述旋转电机上的激光器、相机、测量控制设备以及控制设备；
其中，所述旋转电机，用于带动所述激光器绕旋转轴旋转；
所述激光器，用于在各旋转角度下，向当前被测物发射激光束；
所述相机，用于获取各旋转角度下的激光线的中心点的图像坐标值，并将所述图像坐标值进行标定，以使所述图像坐标值转化为世界坐标系下的激光数据，所述激光线通过所述激光束投射在所述当前被测物上形成；
所述控制设备，用于确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的深度信息。
第四方面，本发明实施例还提供了一种控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中任一项所述的基于激光束的测量方法。
第五方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的介质，其中，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的基于激光束的测量方法。
本发明实施例提供的技术方案，通过确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，然后根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵，根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。上述步骤可以实现在一个定点的不同旋转角度下的激光数据，这种测量方式可以替换通过匀速移动的机构进行长距离移动以实现对当前被测物进行扫描，解决了现有技术中对狭小空间内且视野较大的墙面的平整度进行测试时，测量难度较大，耗费成本多的问题，达到了节省机构设计的空间，并降低机构装配难度以及生产成本的目的。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种基于激光束的测量方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一提供的基于激光束测量当前被测物的测量信息的原理示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种基于激光束的测量方法的流程示意图；
图4为本发明实施例三提供的一种基于激光束的测量装置的结构示意图；
图5为本发明实施例四提供的一种基于激光束的测量系统的结构示意图；
图6为本发明实施例五提供的一种控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种基于激光束的测量方法的流程示意图，本实施例可适用于在各旋转角度下确定当前被测物体的测量信息情况，该方法可以由基于激光束的测量装置来执行，其中该装置可由软件和/或硬件实现，并一般集成在终端或设备中。具体参见图1所示，该方法可以包括如下步骤：
S110，确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据。
其中，当前被测物可以为墙面、障碍物以及实体物等。所述激光平面可以为通过激光发射装置发射的激光束与当前被测物构成的平面，激光束通过设置于旋转电机上的激光器发射，所述旋转角度为所述旋转电机绕所述旋转电机的旋转轴转动的角度，所述激光平面可以位于预先建立的激光平面坐标系。
如图2所示为基于激光束测量当前被测物的测量信息的原理示意图，图2中包括相机1、旋转电机2、激光器3，激光平面4以及当前被测物5，当采用激光对当前被测物5进行测量时，旋转电机2可以带动激光器3旋转，使激光器3可以在不同的旋转角度下向当前被测物5发射激光束，所述激光束投射在当前被测物5上可以形成激光线，由激光线与当前被测物5构成激光平面4，并确定各旋转角度下的激光平面4，所述相机1可以实时拍摄激光平面4上的激光线，识别各激光线的中心点，并对中心点的图像坐标值进行标定，得到激光数据。可选地，激光线的中心点的识别方法可以包括但不限于极值法、几何中心法以及灰度重心法等。相机1可以根据中心点所属的图像坐标系与相机坐标系的对应关系，以及相机坐标系与世界坐标系的对应关系，确定中心点的图像坐标值在世界坐标系中的激光数据，例如，将所述图像坐标系中的中心点进行反投影得到位于相机坐标系下的反投影数据，再将相机坐标系下的反投影数据进行反变换得到世界坐标系下的激光数据。
可选地，旋转电机2可以带动激光器3匀速旋转，使激光器3等距离扫描当前被测物，旋转电机2也可以带动激光器3变速旋转，使激光器3以不同的速度扫描当前被测物，达到灵活确定扫描方式的目的。
如前述描述，激光器可以在旋转电机的带动下向当前被测物发射激光束，这种定点旋转方式可以替换通过匀速移动的机构进行长距离移动以实现对当前被测物进行扫描，可以达到节省机构设计的空间，并降低机构装配难度以及生产成本的目的。
S120，根据激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定激光平面坐标系与世界坐标系的目标姿态矩阵。
其中，第一姿态矩阵可以理解为激光平面坐标系与电机坐标系的对应关系，第二姿态矩阵可以理解为电机坐标系与世界坐标系的对应关系。可选地，可以将第一姿态矩阵与第二姿态矩阵相乘，就可以得到激光平面坐标系和世界坐标系的对应关系，即得到目标姿态矩阵。
S130，根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据和目标姿态矩阵确定各旋转角度对应的点云数据，并根据点云数据确定当前被测物的测量信息。
其中，点云数据可以理解为各旋转角度下的激光束上激光点的坐标数据，所述坐 标数据可以包括各激光点在世界坐标系下的横坐标、纵坐标、竖坐标以及旋转角度。例如， 激光点A、B、C、D，对应的旋转角度分别为
Figure 296278DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 242237DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 122468DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 153878DEST_PATH_IMAGE004
，这四个激光点的坐标数据分别为A （
Figure 308916DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 109382DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 691673DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 210379DEST_PATH_IMAGE001
），B（
Figure 700266DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 496184DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 376939DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 727149DEST_PATH_IMAGE002
）， C（
Figure 348624DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 264627DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 313354DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 9915DEST_PATH_IMAGE003
），D（
Figure 841605DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 80956DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 300585DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 687704DEST_PATH_IMAGE004
）。
其中，测量信息可以为深度信息、障碍物位置信息以及当前被测物的体积等。例如，如果当前被测物为墙面，检测所述墙面的平整度，所述测量信息优选为深度信息，如果当前被测物为障碍物，检测所述障碍物的方向以及距离，所述测量信息优选为障碍物位置信息，如果所述当前被测物为车辆、桥梁等，所述测量信息优选为体积。
本发明实施例提供的技术方案，通过确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，然后根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵，根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。上述步骤可以实现在一个定点的不同旋转角度下的激光数据，这种测量方式可以替换通过匀速移动的机构进行长距离移动以实现对当前被测物进行扫描，解决了现有技术中对狭小空间内且视野较大的墙面的平整度进行测试时，测量难度较大，耗费成本多的问题，达到了节省机构设计的空间，并降低机构装配难度以及生产成本的目的。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种基于激光束的测量方法的流程示意图。本实施例的技术方案在上述实施例的基础上进行了细化，具体的，所述根据所述点云数据，确定所述当前被测物的测量信息，包括：将所述点云数据与预先获取的所述当前被测物的标准测量数据进行匹配，根据匹配结果确定各点云数据对应的所述当前被测物的测量信息。在该方法实施例中未详尽描述的部分请参考上述实施例。具体参见图3所示，该方法可以包括如下步骤：
S210，确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据。
S220，根据激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定激光平面坐标系与世界坐标系的目标姿态矩阵。
可选地，所述第一姿态矩阵为：
Figure 260768DEST_PATH_IMAGE017
，其中，
Figure 10418DEST_PATH_IMAGE018
为所述激光平面坐标系，
Figure 541893DEST_PATH_IMAGE019
为所述 电机坐标系，所述电机坐标系的
Figure 478625DEST_PATH_IMAGE020
轴与所述旋转电机的旋转轴平行，所述电机坐标系的
Figure 855380DEST_PATH_IMAGE021
轴与所述旋转电机的旋转角度为0°时的方向平行，
Figure 131641DEST_PATH_IMAGE022
为所述激光平面在所述电机 坐标系绕
Figure 693072DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure 992466DEST_PATH_IMAGE023
为所述激光平面在所述电机坐标系绕
Figure 969650DEST_PATH_IMAGE021
轴 旋转得到的旋转矩阵，
Figure 696822DEST_PATH_IMAGE024
为所述激光平面在所述电机坐标系的
Figure 38941DEST_PATH_IMAGE025
方向的截距，
Figure 215845DEST_PATH_IMAGE026
为单位 矩阵。
所述第二姿态矩阵为：
Figure 527877DEST_PATH_IMAGE027
，其中，
Figure 575468DEST_PATH_IMAGE028
为所述电机坐标系，
Figure 150806DEST_PATH_IMAGE029
为世 界坐标系，
Figure 159213DEST_PATH_IMAGE030
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 806095DEST_PATH_IMAGE025
轴旋转得到 的旋转矩阵，
Figure 911454DEST_PATH_IMAGE031
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 595376DEST_PATH_IMAGE021
轴旋转得 到的旋转矩阵，
Figure 746872DEST_PATH_IMAGE032
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 807232DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转 得到的旋转矩阵，
Figure 626152DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 746555DEST_PATH_IMAGE034
分别为所述电机旋转平面在所述世界坐标系的
Figure 119767DEST_PATH_IMAGE021
方向和
Figure 718239DEST_PATH_IMAGE025
方 向的截距。
如上述实施例所述，通过将第一姿态矩阵与第二姿态矩阵相乘，就可以得到所述 目标姿态矩阵，即：
Figure 798191DEST_PATH_IMAGE035
。
S230，根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据和目标姿态矩阵确定各旋转角度对应的点云数据，将点云数据与预先获取的当前被测物的标准测量数据进行匹配，根据匹配结果确定各点云数据对应的当前被测物的测量信息。
可选地，根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据和目标姿态矩阵确定各旋转角度对应的点云数据可以通过如下方式实现：根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据输入至和所述目标姿态矩阵确定所述激光平面的平面方程；解析所述平面方程，得到所述各旋转角度对应的点云数据。
其中，所述平面方程为：
Figure 205339DEST_PATH_IMAGE036
，其中，
Figure 675635DEST_PATH_IMAGE037
为所述目标姿态矩阵，
Figure 140114DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 402468DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 864674DEST_PATH_IMAGE040
分别为 在当前旋转角度下激光线的中心点在所述世界坐标系下的横向坐标值、纵向坐标值和竖向 坐标值，其中，所述激光线的中心点的横向坐标数据、纵向坐标数据以及竖向坐标数据形成 当前旋转角度下的点云数据。
进一步地，获取各中心点对应的旋转角度
Figure 946899DEST_PATH_IMAGE041
、横向坐标值
Figure 215070DEST_PATH_IMAGE042
以及纵向坐标值
Figure 207296DEST_PATH_IMAGE043
，并将 所述旋转角度
Figure 699458DEST_PATH_IMAGE041
、横向坐标值
Figure 206662DEST_PATH_IMAGE042
以及纵向坐标值
Figure 216207DEST_PATH_IMAGE043
作为所述平面方程的输入数据，得到各中 心点的竖向坐标值
Figure 921994DEST_PATH_IMAGE044
，将各中心点的三维坐标数据（
Figure 788319DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 720503DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 392793DEST_PATH_IMAGE044
）确定为所述点云数据，即得到各 旋转角度对应的点云数据。
进一步地，可以将点云数据与预先获取的当前被测物的标准测量数据进行匹配，就可以确定当前被测物的测量信息。其中，标准测量数据可以为所述当前被测物的参考数据。例如，如果当前被测物为墙面，所述标准测量数据为绝对平滑墙面的点云数据，这样，通过就可以计算出墙面的点云数据中每个点的竖向坐标数据与绝对平滑墙面的点云数据中每个点的竖向坐标数据的差值，并对得到差值进行分析，就可以当前被测物的测量信息。
本发明实施例提供的技术方案，通过根据第一姿态矩阵和第二姿态矩阵确定目标姿态矩阵，以及根据激光数据和目标姿态矩阵确定平面方程，然后获取各中心点对应的旋转角度、横向坐标值以及纵向坐标值，并将所述旋转角度、横向坐标值以及纵向坐标值作为所述平面方程的输入数据，得到各中心点的竖向坐标值，可以达到准确确定当前被测物的测量信息的目的。
实施例三
图4为本发明实施例三提供的一种基于激光束的测量装置的结构示意图。参见图4所示，该系统包括：激光数据确定模块31、目标姿态矩阵确定模块32以及测量信息确定模块33。
其中，激光数据确定模块31，用于确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；目标姿态矩阵确定模块32，用于根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；测量信息确定模块33，用于根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。
在上述各技术方案的基础上，所述激光数据通过相机识别各所述激光线的中心点，并对所述中心点的图像坐标值标定后得到，所述激光线通过所述激光束投射在所述当前被测物上形成。
在上述各技术方案的基础上，测量信息确定模块33还用于，根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据输入至和所述目标姿态矩阵确定所述激光平面的平面方程 ；
解析所述平面方程，得到所述各旋转角度对应的点云数据。
在上述各技术方案的基础上，所述平面方程为：
Figure 94033DEST_PATH_IMAGE045
，其中，
Figure 131259DEST_PATH_IMAGE037
为所述目标姿态矩阵，
Figure 409793DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 557878DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 379203DEST_PATH_IMAGE040
分别为 在当前旋转角度下激光线的中心点在所述世界坐标系下的横向坐标值、纵向坐标值和竖向 坐标值，其中，所述激光线的中心点的横向坐标数据、纵向坐标数据以及竖向坐标数据形成 当前旋转角度下的点云数据。
在上述各技术方案的基础上，所述激光束通过设置于旋转电机上的激光器发射，所述旋转角度为所述旋转电机绕所述旋转电机的旋转轴转动的角度，所述第一姿态矩阵为：
Figure 649648DEST_PATH_IMAGE047
，其中，
Figure 353162DEST_PATH_IMAGE048
为所述激光平面坐标系，
Figure 242620DEST_PATH_IMAGE019
为 所述电机坐标系，所述电机坐标系的
Figure 46016DEST_PATH_IMAGE020
轴与所述旋转电机的旋转轴平行，所述电机坐标系 的
Figure 425044DEST_PATH_IMAGE021
轴与所述旋转电机的旋转角度为0°时的方向平行，
Figure 553537DEST_PATH_IMAGE049
为所述激光平面在所述 电机坐标系绕
Figure 371321DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure 963976DEST_PATH_IMAGE050
为所述激光平面在所述电机坐标系绕
Figure 186010DEST_PATH_IMAGE021
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure 864116DEST_PATH_IMAGE024
为所述激光平面在所述电机坐标系的
Figure 485590DEST_PATH_IMAGE025
方向的截距，
Figure 870435DEST_PATH_IMAGE026
为单位矩阵。
在上述各技术方案的基础上，所述第二姿态矩阵为：
Figure 591267DEST_PATH_IMAGE051
，其中，
Figure 818986DEST_PATH_IMAGE028
为所述电机坐标系，
Figure 588358DEST_PATH_IMAGE029
为世 界坐标系，
Figure 483502DEST_PATH_IMAGE052
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 375235DEST_PATH_IMAGE025
轴旋转得到 的旋转矩阵，
Figure 700037DEST_PATH_IMAGE053
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 663314DEST_PATH_IMAGE021
轴旋转得 到的旋转矩阵，
Figure 288330DEST_PATH_IMAGE032
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 350964DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转 得到的旋转矩阵，
Figure 553275DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 664451DEST_PATH_IMAGE034
分别为所述电机旋转平面在所述世界坐标系的
Figure 268607DEST_PATH_IMAGE021
方向和
Figure 502143DEST_PATH_IMAGE025
方 向的截距。
在上述各技术方案的基础上，测量信息确定模块33还用于，将所述点云数据与预先获取的所述当前被测物的标准测量数据进行匹配，根据匹配结果确定各点云数据对应的所述当前被测物的测量信息。
本发明实施例提供的技术方案，通过确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，然后根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵，根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。上述步骤可以实现在一个定点的不同旋转角度下的激光数据，这种测量方式可以替换通过匀速移动的机构进行长距离移动以实现对当前被测物进行扫描，解决了现有技术中对狭小空间内且视野较大的墙面的平整度进行测试时，测量难度较大，耗费成本多的问题，达到了节省机构设计的空间，并降低机构装配难度以及生产成本的目的。
实施例四
图5为本发明实施例四提供的一种基于激光束的测量系统的结构示意图。如图5所示，该系统包括：相机1、旋转电机2、设置在所述旋转电机2上的激光器3以及控制设备6。
其中，所述旋转电机2，用于带动所述激光器绕旋转轴旋转；
所述激光器3，用于在各旋转角度下，向当前被测物发射激光束；
所述相机1，用于获取各旋转角度下的激光线的中心点的图像坐标值，并将所述图像坐标值进行标定，以使所述图像坐标值转化为世界坐标系下的激光数据，所述激光线通过所述激光束投射在所述当前被测物上形成；
所述控制设备6，用于确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的深度信息。
在上述各技术方案的基础上，所述控制设备6还用于，将根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据输入至和所述目标姿态矩阵确定所述激光平面的平面方程；
解析所述平面方程，得到所述各旋转角度对应的点云数据。
在上述各技术方案的基础上，激光数据通过相机识别各所述激光线的中心点，并对所述中心点的图像坐标值标定后得到，所述激光线通过所述激光束投射在所述当前被测物上形成。
在上述各技术方案的基础上，所述平面方程为：
Figure 801537DEST_PATH_IMAGE054
，其中，
Figure 109546DEST_PATH_IMAGE055
为所述目标姿态矩阵，
Figure 240313DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 582433DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 759336DEST_PATH_IMAGE040
分别为在 当前旋转角度下激光线的中心点在所述世界坐标系下的横向坐标值、纵向坐标值和竖向坐 标值，其中，激光线的中心点的横向坐标数据、纵向坐标数据以及竖向坐标数据形成当前旋 转角度下的点云数据。
在上述各技术方案的基础上，所述激光束通过设置于旋转电机上的激光器发射，所述旋转角度为所述旋转电机绕所述旋转电机的旋转轴转动的角度，所述第一姿态矩阵为：
Figure 540210DEST_PATH_IMAGE056
，其中，
Figure 728746DEST_PATH_IMAGE048
为所述激光平面坐标系，
Figure 366401DEST_PATH_IMAGE019
为 所述电机坐标系，所述电机坐标系的
Figure 905967DEST_PATH_IMAGE020
轴与所述旋转电机的旋转轴平行，所述电机坐标系 的
Figure 224952DEST_PATH_IMAGE021
轴与所述旋转电机的旋转角度为0°时的方向平行，
Figure 658208DEST_PATH_IMAGE022
为所述激光平面在所述 电机坐标系绕
Figure 342130DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure 165730DEST_PATH_IMAGE050
为所述激光平面在所述电机坐标系绕
Figure 350723DEST_PATH_IMAGE021
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure 248272DEST_PATH_IMAGE024
为所述激光平面在所述电机坐标系的
Figure 430992DEST_PATH_IMAGE025
方向的截距，
Figure 804204DEST_PATH_IMAGE026
为单位矩阵。
在上述各技术方案的基础上，所述第二姿态矩阵为：
Figure 402676DEST_PATH_IMAGE051
，其中，
Figure 482627DEST_PATH_IMAGE028
为所述电机坐标系，
Figure 898565DEST_PATH_IMAGE029
为世 界坐标系，
Figure 368861DEST_PATH_IMAGE052
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 833340DEST_PATH_IMAGE025
轴旋转得到 的旋转矩阵，
Figure 95694DEST_PATH_IMAGE031
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 292320DEST_PATH_IMAGE021
轴旋转得 到的旋转矩阵，
Figure 312229DEST_PATH_IMAGE032
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 645646DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转 得到的旋转矩阵，
Figure 372293DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 67717DEST_PATH_IMAGE034
分别为所述电机旋转平面在所述世界坐标系的
Figure 902818DEST_PATH_IMAGE021
方向和
Figure 381204DEST_PATH_IMAGE025
方 向的截距。
在上述各技术方案的基础上，所述控制设备6还用于，将所述点云数据与预先获取的所述当前被测物的标准测量数据进行匹配，根据匹配结果确定各点云数据对应的所述当前被测物的测量信息。
本发明实施例提供的技术方案，通过确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，然后根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵，根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。上述步骤可以实现在一个定点的不同旋转角度下的激光数据，这种测量方式可以替换通过匀速移动的机构进行长距离移动以实现对当前被测物进行扫描，解决了现有技术中对狭小空间内且视野较大的墙面的平整度进行测试时，测量难度较大，耗费成本多的问题，达到了节省机构设计的空间，并降低机构装配难度以及生产成本的目的。
实施例五
图6为本发明实施例五提供的一种控制设备的结构示意图。图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性基于控制设备6的框图。图6显示的控制设备6仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，控制设备6以通用计算设备的形式表现。控制设备6的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件（包括系统存储器28和处理单元16）的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构（ISA）总线，微通道体系结构（MAC）总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会（VESA）局域总线以及外围组件互连（PCI）总线。
控制设备6典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被控制设备6访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器（RAM）30和/或高速缓存存储器32。控制设备6可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质（图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”）。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘（例如“软盘”）读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘（例如CD-ROM, DVD-ROM或者其它光介质）读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组（例如基于激光束的测量装置的激光数据确定模块31。目标姿态矩阵确定模块32和测量信息确定模块33）程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组（例如基于激光束的测量装置的激光数据确定模块31。目标姿态矩阵确定模块32和测量信息确定模块33）程序模块46的程序/实用工具44，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块46包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块46通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
控制设备6也可以与一个或多个外部设备14（例如键盘、指向设备、显示器24等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该控制设备6交互的设备通信，和/或与使得该控制设备6能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如网卡，调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口22进行。并且，控制设备6还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与控制设备6的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合控制设备6使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的一种基于激光束的测量方法，该方法包括：
确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；
根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；
根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的一种基于激光束的测量方法。
当然，本领域技术人员可以理解，处理器还可以实现本发明任意实施例所提供的一种基于激光束的测量方法的技术方案。
实施例六
本发明实施例六还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的一种基于激光束的测量方法，该方法包括：
确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；
根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；
根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息。
当然，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的一种基于激光束的测量方法中的相关操作。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、系统或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在激光数据、第一姿态矩阵、第二姿态矩阵、目标姿态矩阵以及点云数据等，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的激光数据、第一姿态矩阵、第二姿态矩阵、目标姿态矩阵以及点云数据等形式。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
值得注意的是，上述基于激光束的测量装置的实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于激光束的测量方法，其特征在于，包括：
确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；
根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；
根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息；
所述根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，包括：
根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述激光平面的平面方程；
解析所述平面方程，得到所述各旋转角度对应的点云数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光数据通过相机识别各激光线的中心点，并对所述中心点的图像坐标值标定后得到，所述激光线通过所述激光束投射在所述当前被测物上形成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为所述目标姿态矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
分别为在当前旋转角度下激光线的中心点在所述世界坐标系下的横向坐标值、纵向坐标值和竖向坐标值，其中，激光线的中心点的横向坐标数据、纵向坐标数据以及竖向坐标数据形成当前旋转角度下的点云数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束通过设置于旋转电机上的激光器发射，所述旋转角度为所述旋转电机绕所述旋转电机的旋转轴转动的角度，所述第一姿态矩阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为所述激光平面坐标系，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为所述电机坐标系，所述电机坐标系的
Figure DEST_PATH_IMAGE018
轴与所述旋转电机的旋转轴平行，所述电机坐标系的
Figure DEST_PATH_IMAGE020
轴与所述旋转电机的旋转角度为0°时的方向平行，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为所述激光平面在所述电机坐标系绕
Figure 149319DEST_PATH_IMAGE018
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为所述激光平面在所述电机坐标系绕
Figure 738563DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为所述激光平面在所述电机坐标系的
Figure DEST_PATH_IMAGE028
方向的截距，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为单位矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二姿态矩阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为所述电机坐标系，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为世界坐标系，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 567235DEST_PATH_IMAGE028
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 634548DEST_PATH_IMAGE020
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为所述旋转电机的电机旋转平面在所述世界坐标系绕
Figure 980079DEST_PATH_IMAGE018
轴旋转得到的旋转矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure DEST_PATH_IMAGE046
分别为所述电机旋转平面在所述世界坐标系的
Figure 989492DEST_PATH_IMAGE020
方向和
Figure 663050DEST_PATH_IMAGE028
方向的截距。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述点云数据，确定所述当前被测物的测量信息，包括：
将所述点云数据与预先获取的所述当前被测物的标准测量数据进行匹配，根据匹配结果确定各点云数据对应的所述当前被测物的测量信息。
7.一种基于激光束的测量装置，其特征在于，包括：
激光数据确定模块，用于确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；
目标姿态矩阵确定模块，用于根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；
测量信息确定模块，用于根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的测量信息；
测量信息确定模块还用于，根据各旋转角度对应的激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述激光平面的平面方程；
解析所述平面方程，得到所述各旋转角度对应的点云数据。
8.一种基于激光束的测量系统，其特征在于，包括：旋转电机、设置在所述旋转电机上的激光器、相机、测量控制设备以及控制设备；
其中，所述旋转电机，用于带动所述激光器绕旋转轴旋转；
所述激光器，用于在各旋转角度下，向当前被测物发射激光束；
所述相机，用于获取各旋转角度下的激光线的中心点的图像坐标值，并将所述图像坐标值进行标定，以使所述图像坐标值转化为世界坐标系下的激光数据，所述激光线通过所述激光束投射在所述当前被测物上形成；
所述控制设备，用于确定各旋转角度对应的激光束与当前被测物围成的各激光平面的激光数据，其中，所述激光平面位于预先建立的激光平面坐标系；根据所述激光平面坐标系与预先建立的电机坐标系的第一姿态矩阵，以及所述电机坐标系与预先建立的世界坐标系的第二姿态矩阵，确定所述激光平面坐标系与所述世界坐标系的目标姿态矩阵；根据各旋转角度对应的所述激光平面的激光数据和所述目标姿态矩阵确定所述各旋转角度对应的点云数据，并根据所述点云数据确定所述当前被测物的深度信息。
9.一种控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于激光束的测量方法。
10.一种包含计算机可执行指令的介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于激光束的测量方法。
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