CN111325793A - 一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统和标定方法 - Google Patents

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唐炜
王佳
迟睿
王琪
吴昊宸
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Abstract

本发明公开了一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统和标定方法，包括两个平行放置的光源，两个跟光源放置在相同位置的测距传感器，一台相机；利用两个距离确定的光斑作为基准长度，利用距离传感器测量被测目标物相对相机的偏转角和距离，实现图像测量中像素的动态标定。

Description

一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统和标定 方法
技术领域
本发明涉及基于图像的软测量技术领域，尤其是一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统和标定方法。
背景技术
基于图像的软测量技术具有非接触、高精度和多点同时测量的优点，己经成为一种重要的几何量测量手段。基于图像的软测量以拍摄图像作为信息获取方式，可以通过更换相机调节测量范围，实现了可拍摄即可测量的理念，突破了传统测量设备测量范围的局限性。目前已经大量应用在地理信息建模、植被检测、作物产量预测、设备安装导引、设备变形检测等等领域。
通过分析采集的被测目标物图像，得到目标的边缘信息，可到目标物的以像素为单位的尺寸数据，该部分技术已经非常成熟。但如何判断图像中一个像素代表的实际尺寸是基于图像的软测量中的难点问题，是制约图像测量技术应用的瓶颈。如果目标物相对相机的距离保持不变，可以通过在目标物上放置标准尺寸的棋盘网格、基准长度棒等来实现像素尺寸的标定。但如果目标物到相机之间的距离和相对相机的倾角不断在变换，采用基准棒来标定时需要不停移动基准棒，造成测量过程变得复杂，操作的不确定性影响测量的精度。在某些特殊空间场合，不适合放置棋盘网格或基准长度棒，基于图像的尺寸测量就无法实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统和标定方法，利用两个距离确定的光斑作为基准长度，利用距离传感器测量被测目标物相对相机的偏转角和距离，实现图像测量中像素的动态标定。
为解决上述技术问题，本发明提供一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统，包括：两个平行放置的光源，两个跟光源放置在相同位置的测距传感器，一台相机，两个光源、两个测距传感器和一台相机放置在同一垂直平面内，相机放置在两个光源中间位置。
相应的，一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定方法，包括如下步骤：
(1)安装两个平行光源，之间的间隔距离固定为L，平行安装后，将两个平行光源投射到被测量物体上，通过沿着光线的方向移动被测物体，观察光斑间距是否移动来确认光源是否平行；
(2)将两个平行光源投射到被测量物体上，采集包含被测量物体和光源发出的光斑的图像，经图像分析求取图像中光斑的中心，获取图像中两个光斑中心的像素距离D，根据几何知识，两个光斑中心在相机投影面上的距离等于两平行光源之间的距离L；
(3)利用两个放置在平行光源处的距离传感器获取两个光源到被测物体上相应的光斑中心的距离T1和T2；
(4)根据几何关系得到每个像素在被测量物体上对应的尺寸为
Figure BDA0002386361870000021
表示了被测物体在两个光源放置的方向上图像中一个像素代表的实际尺寸，如果要测量被测物体的整体尺寸，可提取被测量物体在图像中该方向的边缘信息，求取其像素尺寸，进而可以得到被测物体的该方向实际尺寸大小。
优选的，步骤(2)中，采用两个平行光源投放产生的光斑的中心距离作为标准尺寸用于后续的像素标定。
优选的，步骤(3)中，在两个光源处利用距离传感器测量光源到被测物体的距离，用于计算被测物体相对相机的倾斜角度，该倾斜的角度θ跟光源之间的距离L、被测物体光斑之间的实际距离
Figure BDA0002386361870000022
有关，即
Figure BDA0002386361870000023
优选的，步骤(4)中，根据两个光源之间的距离和两个光源到光斑的距离可以计算出在被测物体上光斑中心之间的实际距离，根据采集的图像光斑之间的像素距离，可以得到被测物体图像中每个像素代表的实际距离，被测物相对相机距离和偏转角发生变化时，D、T1和T2相应发生变化，实现图像测量中像素尺寸的动态标定；如果两个光斑和两个光源水平平行放置，被测物体相对相机在水平面内的倾角引起的像素代表的实际尺寸可实现动态标定，如果两个光斑和两个光源垂直方向平行放置，被测物体相对相机在垂直面内的倾角引起的像素代表的实际尺寸可实现动态标定。
本发明的有益效果为：(1)本发明利用的光的直线传播，利用两个已知距离的平行激光光源在被测物体上投射光斑，则光斑在成像平面中对应的实际距离仍然是两个激光光源之间的距离，即利用两个光斑之间的固定距离作为基准长度，完成像素尺寸的动态标定，该基准长度的投放与基准棒等实物基准长度的放置相比变得简单；(2)利用距离传感器测量两个光源到相应的被测物体上光斑之间的距离，可以得到目标物体相对相机成像平面的偏转角度，这样在被测物体相对相机有倾斜时，本方法也能够实现被测物体两光斑连线方向的尺寸的测量；(3)在目标相对相机有距离的变化和倾角的变化时，本动态标定方法中两个距离传感器测得的距离T1、T2和两个光斑中心的像素距离D发生变化，而两个光斑在相机投影面内的代表的实际距离保持不变，即基准长度保持不变，像素尺寸的标定值相应发生变化，故该像素尺寸标定方法可实现光斑连线方向的动态标定，变换两个光斑和两个距离传感器的位置，可实现任意方向的像素尺寸的动态标定。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统，包括：两个平行放置的光源，实验系统中可用PPT翻页激光笔发出的激光，两个跟光源放置在相同位置的测距传感器，可选用超声波距离传感器或激光距离传感器，具体由测量精度和成本决定，一台用于图像测量的相机，可用大恒相机MER-500-7U，500万像素。两个光源、两个测距传感器和一台相机放置在同一垂直平面内，相机放置在两个光源中间位置，两个光源和两个测距传感器水平放置时可实现水平方向的像素尺寸标定，变换方向或添加一组光源和测距传感器可实现其他光源连线方向的像素尺寸标定。
如图1所示，动态标定方法包括如下步骤：
(1)安装两个平行光源，之间的间隔距离固定为L，平行安装后，将两个平行光源投射到被测量物体上，通过沿着光线的方向移动被测物体，观察光斑间距是否移动来确认光源是否平行；
(2)将两个平行光源投射到被测量物体上，采集包含被测量物体和光源发出的光斑的图像，经图像分析求取图像中光斑的中心，获取图像中两个光斑中心的像素距离D，根据几何知识，两个光斑中心在相机投影面上的距离等于两平行光源之间的距离L；
(3)利用两个放置在平行光源处的距离传感器获取两个光源到被测物体上相应的光斑中心的距离T1和T2；
(4)根据几何关系得到每个像素在被测量物体上对应的尺寸为
Figure BDA0002386361870000031
表示了被测物体在图像中一个像素代表的实际尺寸，如果要测量被测物体的整体尺寸，可提取被测量物体在图像中光斑连线方向的边缘信息，求取其像素尺寸，进而可以得到被测物体的在光斑连线方向实际尺寸大小。
本发明利用两个距离确定的光斑作为基准长度，利用距离传感器测量被测目标物相对相机的偏转角和距离，实现图像测量中像素的动态标定，变换方向或添加一组光源和测距传感器可实现其他光源连线方向的像素尺寸标定。

Claims (5)

1.一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定系统，其特征在于，包括：两个平行放置的光源，两个跟光源放置在相同位置的测距传感器，一台相机，两个光源、两个测距传感器和一台相机放置在同一垂直平面内，相机放置在两个光源中间位置。
2.一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)安装两个平行光源，之间的间隔距离固定为L，平行安装后，将两个平行光源投射到被测量物体上，通过沿着光线的方向移动被测物体，观察光斑间距是否移动来确认光源是否平行；
(2)将两个平行光源投射到被测量物体上，采集包含被测量物体和光源发出的光斑的图像，经图像分析求取图像中光斑的中心，获取图像中两个光斑中心的像素距离D，根据几何知识，两个光斑中心在相机投影面上的距离等于两平行光源之间的距离L；
(3)利用两个放置在平行光源处的距离传感器获取两个光源到被测物体上相应的光斑中心的距离T1和T2；
(4)根据几何关系得到每个像素在被测量物体上对应的尺寸为
Figure FDA0002386361860000011
表示了被测物体在两个光源放置的方向上图像中一个像素代表的实际尺寸，如果要测量被测物体的整体尺寸，可提取被测量物体在图像中该方向的边缘信息，求取其像素尺寸，进而可以得到被测物体的该方向实际尺寸大小。
3.如权利要求2所述的图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定方法，其特征在于，步骤(2)中，采用两个平行光源投放产生的光斑的中心距离作为标准尺寸用于后续的像素标定。
4.如权利要求2所述的图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定方法，其特征在于，步骤(3)中，在两个光源处利用距离传感器测量光源到被测物体的距离，用于计算被测物体相对相机的倾斜角度，该倾斜的角度θ跟光源之间的距离L、被测物体光斑之间的实际距离
Figure FDA0002386361860000012
有关，即
Figure FDA0002386361860000013
5.如权利要求2所述的图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定方法，其特征在于，步骤(4)中，根据两个光源之间的距离和两个光源到光斑的距离可以计算出在被测物体上光斑中心之间的实际距离，根据采集的图像光斑之间的像素距离，可以得到被测物体图像中每个像素代表的实际距离，被测物相对相机距离和偏转角发生变化时，D、T1和T2相应发生变化，实现图像测量中像素尺寸的动态标定；如果两个光斑和两个光源水平平行放置，被测物体相对相机在水平面内的倾角引起的像素代表的实际尺寸可实现动态标定，如果两个光斑和两个光源垂直方向平行放置，被测物体相对相机在垂直面内的倾角引起的像素代表的实际尺寸可实现动态标定。
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