CN113847885B - 一种适用于强反光环境的多维测量方法 - Google Patents

Abstract

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于强反光环境的多维测量方法，包括：S1.通过快速测距装置得到虚拟背景测量空间。S2.在虚拟背景测量空间中选定虚拟测量面，形成矫正参数。S3.通过快速测距装置得到待测量目标的虚拟测量形态，并以待测量目标的造影结构图对虚拟测量形态进行补全，并分析是否有强反光区域。S4.得到待测量目标的在虚拟背景测量空间中，位于虚拟测量面上的虚拟形态，并结合强反光区域修正分析，对虚拟形态进行修正。S5.根据的虚拟形态输出需要的待测量目标的测量数据。本发明实现在暗光环境中的准确测量，测量精度误差为0.04‑0.6cm，测量分析的时间提高至0.1‑0.001秒。

Description

一种适用于强反光环境的多维测量方法

技术领域

本发明涉及智能测量领域，具体为一种适用于强反光环境的多维测量方法。

背景技术

测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。传统的测量是采用测量装置对测量目标进行物理性的测量，测量效率较低。近年来由于计算机计算能力和虚拟模型分析技术的不断进步，基于摄像头获取的影像数据对测量目标进行智能测量成为运用更多的测量方法。但是现有智能测量在单一摄像装置下只能进行距离和二维面积测量，当需要输出物体形态数据或三维数据时，都需要至少3台摄像装置从不同角度对测量目标进行测量，经过虚拟建模后才能形成需要的物体形态数据或三维数据。尤其是现有技术在获取物体形态数据时，往往需要借助3D点云技术和3D建模技术，这两个技术的采点量和计算量均非常庞大，一般需要高性能计算机才能完成，装置复杂且成本较高的同时，由于计算时间较长，难以实现在即时测量领域的运用。

现有光学智能测量技术，测量过程主要依靠光的不同反馈和变化形成测量数据，如3D扫描技术和结构光测量技术。现有3D扫描技术不仅对分析设备的要求高，一般还需要至少3台3D扫描仪对测量目标进行多角度拍摄以获取足够的点云数据，从而构建3D数模。由于构建3D数模的过程较为复杂且需要处理的点云数据量异常庞大，因此3D扫描技术相比结构光测量技术，在测量精度、速度上存在明显劣势。而现有的结构光测量技术主要存在：1.现有结构光技术需要进行的数据运算量很大，一般响应时间都在0.5-1秒，且对测量装置的硬件设备，尤其是处理器及处理器散热功能的要求很高。如为外置的处理系统，则对数据传输的带宽要求较高。2.现有结构光对于测量色彩与结构光色差异较大的测量目标时，精度较高，但是在测量色彩与结构光色差异很小或一致的测量目标时，会出现显著的测量误差。3.现有结构光对测量目标与设备的角度和距离有比较严格的要求，因为现有结构光技术对于测量目标的被遮挡面缺乏有效识别和补充的技术。4.现有结构光测量技术一般要求测量目标是单一目标，否则当多目标的光条二维畸变图像出现交叉、重合等现象时，输出的目标三维轮廓就是多目标连接后的轮廓，必然导致输出的形态数据和测量数据存在巨大的误差。5.现有结构光测量技术要求测量面必须是光滑、颜色单一、无复杂结构的测量面，否则会极大干扰结构光测量的分析准确度和数据分析、输出的速度。6.当处于强光环境中，待测量目标本身又存在强反光区域，在结构光在强反光区域会受到严重干扰，从而构成出完全不符合待测量目标本体结构的三维轮廓，从而造成输出的测量数据存在严重错误。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种适用于强反光环境的多维测量方法，包括：

S1.通过具有点阵投射和/或扫描测距功能的快速测距装置对待测量目标所在承载面进行矩阵式测量，根据转换模型A将待测量目标所在承载面转换形成虚拟背景测量空间。通过投影装置在待测量目标所在承载面上投影，并形成背景投影图。摄影装置拍摄待测量目标所在承载面，并形成背景摄影图。至少2组偏振摄像装置分别从不同角度朝向待测量目标所在承载面。

S2.在虚拟背景测量空间中选定虚拟测量面，形成待测量目标所在承载面各点阵相对虚拟测量面的矫正参数。

S3.待测量目标所在承载面上每出现一个待测量目标时，投影装置在待测量目标所在承载面上的投影会发生与待测量目标外形轮廓相一致的改变。当识别出现在待测量目标所在承载面上的物体为待测量目标时，投影装置获取投影的改变信息，从而形成待测量目标的造影结构图，同时控制快速测距装置和摄影装置启动。

快速测距装置依指令启动，并对待测量目标及待测量目标所在承载面进行矩阵式测量，根据S1所述转换模型和步骤S2所得矫正参数，将待测量目标及待测量目标所在承载面转换形成虚拟目标测量空间。

摄影装置依指令启动，拍摄当前待测量目标所在承载面并形成测量拍摄图。对比测量拍摄图和背景摄影图，获取待测量目标的实物图，并分析是否存在强反光区域。

S4.对比虚拟背景测量空间和虚拟目标测量空间，得到待测量目标的在虚拟背景测量空间中，位于虚拟测量面上的虚拟测量形态。根据造影结构图对虚拟测量形态进行补全后，得到待测量目标位于虚拟测量面上的虚拟形态。

如步骤S3所述分析是否存在强反光区域的分析结果为存在强反光区域，则启动强反光区域修正分析，对虚拟形态进行修正，得到修正虚拟形态。

所述虚拟形态/修正虚拟形态由矩阵排列的待测量目标的虚拟测量点构建而成。所述虚拟测量点包含点位数据信息，所述点位数据信息中至少包括该虚拟测量点相对虚拟测量面预设标定点的三维距离数据。

S5.根据需要，以虚拟形态数据为基础，输出待测量目标的测量数据。

进一步的，步骤S1所述根据转换模型形成各点阵的转换参数，将待测量目标所在承载面转换形成虚拟背景测量空间的方法为：首先，快速测距装置对待测量目标所在承载面进行矩阵式测量，获得当前测量矩阵点相对快速测距装置的距离L-n，n为当前测量矩阵点的矩阵点编号。然后记录矩阵点n相对快速测距装置的角度J-n和对应的L-n。之后通过虚拟角度赋予的方式，根据函数计算，获得矩阵点n垂直上方预设范围和/或垂直下方预设范围内虚拟矩阵点n-N的角度J-(n-N)和对应的L-(n-N)。最后将全部矩阵点n的J-n、L-n、J-(n-N)、L-(n-N)整合，形成基于待测量目标所在承载面的虚拟背景测量空间，该虚拟背景测量空间为矩阵点n和虚拟矩阵点n-N共同构成的立体空间。

进一步的，步骤S1所述矫正参数为：首先计算矩阵点n与所选定的测量参考面上的矩阵点n或虚拟矩阵点n-N的距离差LC-n。然后通过函数计算式，将L-n和LC-n形成计算转换关系，该计算转换关系即为矫正参数。

进一步的，步骤S3所述根据S1所述转换模型和步骤S2所得矫正参数，将待测量目标及待测量目标所在承载面转换形成虚拟目标测量空间的方法为：首先，快速测距装置对待测量目标所在承载面进行矩阵式测量，获得当前测量矩阵点相对快速测距装置的距离L-cn，cn为具有测量目标时当前测量矩阵点的矩阵点编号。然后根据L-cn对应的测量矩阵点cn所占据虚拟矩阵点n-N的位置，采用虚拟矩阵点n-N对应的矩阵点n的矫正参数矫正后得到该测量点的虚拟测量矩阵点。最后整合全部虚拟测量矩阵点形成虚拟目标测量空间。

进一步的，步骤S3所述分析是否存在强反光区域的方法包括：

(1)根据预设的反光区域色彩构成，对待测量目标的实物图进行分析，如含有预设的反光区域色彩，则进行步骤，如不含有反光区域色彩，则分析终止。

(2)节选待测量目标的实物图在含有预设的反光区域色彩预设范围内的实物图进行像素分析，分析含有预设的反光区域色彩的边界像素点色彩与相邻实物图其他区域的像素点色彩，色差大于预设则判断该区域为强反光区域，色差小于预设则分析终止。

进一步的，步骤S4所述对虚拟形态进行修正，得到修正虚拟形态的方法包括：

A.获取强反光区域在待测量目标的实物图的位置信息，并对照该位置信息，判断待测量目标位于虚拟测量面上的虚拟形态，在该位置是否存在异常凸起。如存在则进行步骤B，如不存在，则分析终止，不对虚拟形态进行修正。

B.以投影装置视角，对虚拟形态二维化，得到虚拟形态二维图。对照虚拟形态二维图和造影结构图，判断该异常凸起是否重合，如重合则分析终止，不对虚拟形态进行修正。如不重合，则根据造影结构图，修正虚拟形态二维图，并根据修正后的虚拟形态二维图，重新建立虚拟形态，得到修正虚拟形态。如无法判断则进行步骤C。

C.启动偏振摄像装置，获取待测量目标的偏振影像。调整全部偏振摄像装置所得偏振影像至相同大小后，叠加全部偏振影像，消除其中差异值超过预设值的像素点，得到待测量目标的偏振虚拟形态。转动偏振虚拟形态至其理论上面对快速测距装置的一侧朝向快速测距装置，并与虚拟形态叠加。异常凸起区域以偏振虚拟形态修正虚拟形态，其余区域以虚拟形态修正偏振虚拟形态，修正完成后得到修正虚拟形态。

进一步的，步骤B所述无法判断的触发条件为：当虚拟形态二维图中异常凸起的部分完全落入虚拟形态二维图其他区域构成的范围内，且对照虚拟形态二维图和造影结构图，判断该异常凸起为重合时，该重合判定为无法判断。

进一步的，步骤S4所述对比虚拟背景测量空间和虚拟目标测量空间，得到待测量目标的在虚拟背景测量空间中，位于虚拟测量面上的虚拟测量形态的方法为：以虚拟目标测量空间与虚拟背景测量空间中，原测量点距离和角度重合的部分为锚点，将虚拟目标测量空间锚定为与虚拟背景测量空间各虚拟点阵重合的虚拟空间，从而得到在虚拟背景测量空间中，位于虚拟测量面上的测量目标的虚拟形态。

进一步的，在进行将虚拟目标测量空间锚定为与虚拟背景测量空间各虚拟点阵重合的虚拟空间时，首先以虚拟目标测量空间与虚拟背景测量空间中，原测量点距离和角度重合的部分为锚点，将虚拟目标测量空间中的虚拟测量矩阵点与虚拟背景测量空间中对应位置的虚拟矩阵点进行对比，出现位置误差的点位，基于虚拟矩阵点位置数据对虚拟测量矩阵点位置数据进行点位位置数据矫正。待全部虚拟测量矩阵点的位置数据矫正完成后，判定该动作完成。

进一步的，所述根据造影结构图对测量目标的未测量面进行数据填充的方法为：首先在虚拟背景测量空间中，根据已获取的虚拟测量矩阵点数据形成测量目标面向快速测距装置的虚拟形态模型-测量面。然后根据投影装置与快速测距装置的相对位置关系，将造影结构图调整为虚拟形态模型-测量面拟合的位置处。然后调整造影结构图大小，使得造影结构图与虚拟形态模型-测量面最大限度重合。之后以拟合态下的造影结构图的结构边界为补充点进行数据点补充。最后根据补充的数据点在虚拟背景测量空间中的位置，获得该数据点的位置数据。

本发明所述快速测距装置根据需要可以是红外快速测距装置、微波快速测距装置等现有的，测距响应时间低于0.001秒的测距装置。

本发明至少具有以下有益效果之一：

1.本发明采用特有的测量方法结合相应的虚拟模型分析、构建、修正方法，可在出现强反光现象时，通过针对性的有效修正分析，对构建的虚拟模型形成修正，从而实现在强反光环境中的准确测量。

2.本发明显著提高了在强反光环境中的测量精度，输出的测量目标形态数据精度误差为0.04-0.6cm。

3.本发明特有的虚拟模型分析方法，可显著降低分析过程的运算量和计算难度，将测量分析的时间提高至0.1-0.001秒。

4.本发明需要的物理硬件复杂程度较低，且测量过程产生的通讯数据量较小，用较低带宽的通讯方法或者通讯线路即可实现测量数据的实时传递。因此可显著降低装置的制造成本，提高装置的运用范围。

附图说明

图1为本发明形成虚拟背景测量空间的过程示意图。

图2为本发明测量目标测量物时的快速测距装置测量场结构示意图。

图3为本发明叠加全部偏振影像的过程示意图。

图4为本发明补充数据点的过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种适用于强反光环境的多维测量方法，如图1所示，包括：

S1.通过具有点阵投射和/或扫描测距功能的快速测距装置2对待测量目标所在承载面1进行矩阵式测量，根据转换模型A将待测量目标所在承载面1转换形成虚拟背景测量空间5。通过投影装置3在待测量目标所在承载面1上投影，并形成背景投影图。摄影装置4拍摄待测量目标所在承载面1，并形成背景摄影图。4组或2组或6组或8组或其他设计需要数量的偏振摄像装置8分别从不同角度朝向待测量目标所在承载面1。

S2.在虚拟背景测量空间5中选定虚拟测量面，形成待测量目标所在承载面各点阵相对虚拟测量面的矫正参数。

S3.待测量目标所在承载面1上每出现一个待测量目标6时，投影装置3在待测量目标所在承载面1上的投影会发生与待测量目标6外形轮廓相一致的改变。当识别出现在待测量目标所在承载面1上的物体为待测量目标6时，投影装置3获取投影的改变信息，从而形成待测量目标6的造影结构图，同时控制快速测距装置2和摄影装置4启动。

快速测距装置2依指令启动，并对待测量目标6及待测量目标所在承载面1进行矩阵式测量，根据S1所述转换模型和步骤S2所得矫正参数，将待测量目标6及待测量目标所在承载面1转换形成虚拟目标测量空间。

摄影装置4依指令启动，拍摄当前待测量目标所在承载面1并形成测量拍摄图。对比测量拍摄图和背景摄影图，获取待测量目标6的实物图，并分析是否存在强反光区域。

S4.对比虚拟背景测量空间5和虚拟目标测量空间，得到待测量目标6的在虚拟背景测量空间5中，位于虚拟测量面上的虚拟测量形态。根据造影结构图对虚拟测量形态进行补全后，得到待测量目标6位于虚拟测量面上的虚拟形态。

如步骤S3所述分析是否存在强反光区域的分析结果为存在强反光区域，则启动强反光区域修正分析，对虚拟形态进行修正，得到修正虚拟形态。

所述虚拟形态/修正虚拟形态由矩阵排列的待测量目标6的虚拟测量点构建而成。所述虚拟测量点包含点位数据信息，所述点位数据信息中至少包括该虚拟测量点相对虚拟测量面预设标定点的三维距离数据。

S5.根据需要，以虚拟形态数据为基础，输出待测量目标的测量数据。

步骤S1所述根据转换模型形成各点阵的转换参数，将待测量目标所在承载面1转换形成虚拟背景测量空间的方法为：首先，快速测距装置2对待测量目标所在承载面1进行矩阵式测量，获得当前测量矩阵点相对快速测距装置2的距离L-n，n为当前测量矩阵点的矩阵点编号。然后记录矩阵点n相对快速测距装置2的角度J-n和对应的L-n。之后通过虚拟角度赋予的方式，根据函数计算，获得矩阵点n垂直上方预设范围和/或垂直下方预设范围内虚拟矩阵点n-N的角度J-(n-N)和对应的L-(n-N)。最后将全部矩阵点n的J-n、L-n、J-(n-N)、L-(n-N)整合，形成基于待测量目标所在承载面的虚拟背景测量空间，该虚拟背景测量空间为矩阵点n和虚拟矩阵点n-N共同构成的立体空间。

步骤S1所述矫正参数为：首先计算矩阵点n与所选定的测量参考面上的矩阵点n或虚拟矩阵点n-N的距离差LC-n。然后通过函数计算式，将L-n和LC-n形成计算转换关系，该计算转换关系即为矫正参数。

步骤S3所述根据S1所述转换模型和步骤S2所得矫正参数，将待测量目标6及待测量目标所在承载面1转换形成虚拟目标测量空间的方法为：首先，快速测距装置2对待测量目标所在承载面1进行矩阵式测量，获得当前测量矩阵点相对快速测距装置2的距离L-cn，cn为具有测量目标时当前测量矩阵点的矩阵点编号。然后根据L-cn对应的测量矩阵点cn所占据虚拟矩阵点n-N的位置，采用虚拟矩阵点n-N对应的矩阵点n的矫正参数矫正后得到该测量点的虚拟测量矩阵点。最后整合全部虚拟测量矩阵点形成虚拟目标测量空间。

相比较现有技术，本发明基于快速测距装置2和本发明所述方法在虚拟背景测量空间的虚拟测量面上构建测量目标的虚拟形态，构建过程仅需要获得待测量目标的距离数据和造影结构图数据，因此数据获取的过程非常迅速，数据传输需要的带宽也小得多，即使采用USB、蓝牙等短距离传输技术或2G以上移动网络均可满足本发明实时数据传输的需要。而本发明虚拟模型构建过程涉及的运算函数主要为三角函数和比例转换函数，计算量远远现有结构光测量和3D建模技术，因此对处理器装置的计算性能要求也比采用现有结构光测量和建模技术的处理器计算性能低很多。因此，基于本发明测量技术和现有中低性能硬件，如：Acconeer的A111-001-TR红外测距传感器、世国(SHIGUO)的SGMC-EX-W/WS-I微型防爆红外摄像机、DLP红外投影仪和中低性能处理器，如：Intel奔腾G2020的基础上，测量目标形态数据精度误差为0.4-0.6cm，测量分析的时间提高至0.005-0.01秒。如采用与上述设备相同或近似功能的设备，在基本水平的光滑、单一色彩测量面上测量单一目标时，以现有结构光技术进行目标测量，误差约为0.8-1.0cm，测量时间根据目标结构复杂程度约为0.5-3秒不等。

此外，本发明的虚拟模型的建立，主要依靠投影装置3获取的待测量目标6的造影结构图以及快速测距装置2扫描得到的虚拟目标测量空间。因此本发明对于待测量目标所在承载面1和待测量目标6自身颜色的复杂程度要求很低，尤其是采用微波快速测距装置，对待测量目标所在承载面1和待测量目标6自身颜色无任何要求，有效解决了现有结构光对于测量色彩与结构光色差异很小或一致的测量目标时，会出现显著的测量误差的问题。

同时，由于本发明结合了测量建模和模型补全技术，因此对于测量目标与设备的角度和距离相对现有结构光技术的要求低很多，只要能获取目标的造影结构图及较全测量面虚拟模型，对于快速测距装置2和红外摄像机3的具体要求位置，并无明确要求。相比之下现有结构光对测量目标与设备的角度和距离有比较严格的要求，否侧无法形成准确的三维虚拟模型，会严重降低测量的准确度。同理，由于本发明对测量目标虚拟模型的构建采用的是测量建模和模型补全技术，因此在进行多目标测量时，只要测量目标之间的遮挡没有严重到从快速测距装置2的角度出发，一个测量目标将另一个测量目标完全或大部分结构遮挡，就可以实现多目标的准确测量。但是现有结构光测量技术是基于测量目标的光条二维畸变图像为测量和识别基础的，当多目标的光条二维畸变图像出现交叉、重合等现象时，输出的目标三维轮廓就是多目标连接后的轮廓，必然导致输出的形态数据和测量数据存在巨大的误差。

另外，本发明虚拟建模过程中具有矫正参数的设置，该设置将待测量目标虚拟后置于绝对平面的虚拟测量面上进行分析获取形态数据，有效避免了由于待测量目标所在承载面1为倾斜、坑洼、复杂结构等问题导致的测量数据误差过大的问题。

可见，本发明相比现有技术在硬件要求、测量速度、测量精度、测量环境要求、测量数量等方面均具有了极为显著的进步，且由于本发明对硬件要求和待测量目标所在承载面1的要求较低，只要能放置待测量目标6，即使是斜面、凹凸面等测量面，均为实现快速、准确的测量，因此可在多种场合进行组合运用，而不存在固定的装置结构限制。当选用更高级的硬件和处理器时，虽然成本会有所上升，但是测量目标形态数据精度误差可提高至为0.04cm左右，测量分析的时间提高至0.001秒。理论上随着硬件性能的继续提高，测量精度和测量时间还能进一步改善。

同时，现有的光学测量技术，尤其是结构光测量技术，非常依赖光的变动和反馈信息，因此在对物体进行测量时，如果物体本身表面非常光滑且为强反光的金属材质，在强光环境，如烈日下，很容易在物体表面形成强反光。强反光会严重干扰结构光的光学变化，在这种环境中结构光构建的虚拟模型往往与待测量目标6存在极大的差异，从而造成结构光测量几乎无法得到准确的测量数据。而3D技术又需要复杂的设备和建模算法，设备构成复杂且设备性能要求很高。因此现有技术在强反光环境中以人工测量为主，这就极大的限制了测量效率。而本发明采用的技术，如快速测距装置2是微波测距装置，则对于待测量目标6虚拟形态模型-测量面的模型构建不会受到强反光的影响，如采用红外测距装置，仅会在强反光区域的反光面朝向红外测距装置时，会对待测量目标6的虚拟形态模型-测量面的模型构建造成一定影响，主要表现为待测量目标6的虚拟形态模型-测量面沿强反光区域形成朝向快速测距装置2的异常锥形凸起。此时，结合本发明强反光区域修正分析，对虚拟形态进行修正，即可得到修正虚拟形态。从而有效解决在强反光环境中的快速、准确测量。

实施例2

根据实施例1所述适用于强反光环境的多维测量方法，步骤S3所述分析是否存在强反光区域的方法包括：

(1)根据预设的反光区域色彩构成，对待测量目标6的实物图进行分析，如含有预设的反光区域色彩，则进行步骤2，如不含有反光区域色彩，则分析终止。

(2)节选待测量目标6的实物图在含有预设的反光区域色彩预设范围内的实物图进行像素分析，分析含有预设的反光区域色彩的边界像素点色彩与相邻实物图其他区域的像素点色彩，色差大于预设则判断该区域为强反光区域，色差小于预设则分析终止。

步骤S4所述对虚拟形态进行修正，得到修正虚拟形态的方法包括：

A.获取强反光区域在待测量目标6的实物图的位置信息，并对照该位置信息，判断待测量目标6位于虚拟测量面上的虚拟形态，在该位置是否存在异常凸起。如存在则进行步骤B，如不存在，则分析终止，不对虚拟形态进行修正。

B.以投影装置3视角，对虚拟形态二维化，得到虚拟形态二维图。对照虚拟形态二维图和造影结构图，判断该异常凸起是否重合，如重合则分析终止，不对虚拟形态进行修正。如不重合，则根据造影结构图，修正虚拟形态二维图，并根据修正后的虚拟形态二维图，重新建立虚拟形态，得到修正虚拟形态。如无法判断则进行步骤C。

C.启动偏振摄像装置8，获取待测量目标6的偏振影像。如图3所示，以4组偏振摄像装置8为例。调整全部偏振摄像装置8所得偏振影像A、B、C、D至相同大小后，叠加全部偏振影像，其中偏振影像A、B在左下角有方块凸起，偏振影像C、D左下角的方块凸起位置有相对变化，这可能是由于偏振摄像装置8朝向变换导致。消除其中差异值超过预设值的像素点，如:偏振影像C、D左下角的方块凸起位置与偏振影像A、B有差异的部分，该差异部分的在4幅偏振影像中，出现的概率R为0.25，判定其差异值K＝1-R为0.75，大于预设0.4，因此需要消除差异部分。得到待测量目标6的偏振虚拟形态。转动偏振虚拟形态至其理论上面对快速测距装置2的一侧朝向快速测距装置2，并与虚拟形态叠加。异常凸起区域以偏振虚拟形态修正虚拟形态，其余区域以虚拟形态修正偏振虚拟形态，修正完成后得到修正虚拟形态。

步骤B所述无法判断的触发条件为：当虚拟形态二维图中异常凸起的部分完全落入虚拟形态二维图其他区域构成的范围内，且对照虚拟形态二维图和造影结构图，判断该异常凸起为重合时，该重合判定为无法判断。

由于本发明主要基于距离数据和造影结构图构建待测量目标6的虚拟形态，而强反光区域在测量过程中可能对虚拟形态的准确构建造成显著误差影响的情况就是强反光区域直接朝向快速测距装置2或投影装置3。因此本发明构建了本实施例所述两步分析。第一步分析是分析是否存在强反光区域，通过本实施例的分析方法可以通过对实物图的分析，从而快速有效的鉴别实物图中类似强反光区域的区域是否确为强反光区，或者仅为待测量目标6自身色彩。第二步分析是对强反光区域对应的虚拟形态区域进行修正，得到修正虚拟形态。该步分析主要通过分析强反光区域是否干扰到快速测距装置2的数据采集，如有干扰则进行对应的修正，如没有干扰则不进行修正。从而有效提高工作效率，减少不必要的修正，影响测量结果的输出效率。此外，为了保证测量结果的准确性，当分析确定强反光区域干扰到投影装置3的造影结构图，则启动偏振摄像装置8，通过几乎不受强反光影响的偏振摄像装置8构建待测量目标6的偏振虚拟形态，并结合快速测距装置2构建的虚拟形态进行叠加修正，得到准确的待测量目标6的修正虚拟形态。由于启动偏振摄像装置8的修正会导致测量数据的输出必然受到偏振摄像装置8数据处理和模型构建过程的影响，造成一定的输出延迟，在采用现有中低性能硬件，如：Acconeer的A111-001-TR红外测距传感器、世国(SHIGUO)的SGMC-EX-W/WS-I微型防爆红外摄像机、DLP红外投影仪、MC-A500P-22工业用偏振相机和中低性能处理器，如：Intel奔腾G2020的基础上，测量精度为0.4-0.6cm，测量时间一般为0.1-0.05之间。如采用更高性能的设备，测量精度和测量时间会有相应的提高。

实施例3

根据实施例1所述适用于强反光环境的多维测量方法，步骤S4所述对比虚拟背景测量空间5和虚拟目标测量空间，得到待测量目标6的在虚拟背景测量空间5中，位于虚拟测量面上的虚拟测量形态的方法为：以虚拟目标测量空间与虚拟背景测量空间5中，原测量点距离和角度重合的部分为锚点，将虚拟目标测量空间锚定为与虚拟背景测量空间5各虚拟点阵重合的虚拟空间，从而得到在虚拟背景测量空间5中，位于虚拟测量面上的测量目标的虚拟形态。

在进行将虚拟目标测量空间锚定为与虚拟背景测量空间各虚拟点阵重合的虚拟空间时，首先以虚拟目标测量空间与虚拟背景测量空间5中，原测量点距离和角度重合的部分为锚点，将虚拟目标测量空间中的虚拟测量矩阵点与虚拟背景测量空间5中对应位置的虚拟矩阵点进行对比，出现位置误差的点位，基于虚拟矩阵点位置数据对虚拟测量矩阵点位置数据进行点位位置数据矫正。待全部虚拟测量矩阵点的位置数据矫正完成后，判定该动作完成。

该方法是对虚拟测量矩阵点位置数据信息的进一步修正，由于快速扫描装置2的扫描精度误差，有时会出现系统性或部分点位的数据误差，采用该方法修正后可显著降低由于扫描误差导致的虚拟测量矩阵点的位置数据误差，从而进一步提高输出时的测量数据精度，在采用现有中低性能硬件，如：Acconeer的A111-001-TR红外测距传感器、世国(SHIGUO)的SGMC-EX-W/WS-I微型防爆红外摄像机、DLP红外投影仪和中低性能处理器，如：Intel奔腾G2020的基础上，相比实施例1可将测量精度误差降低至0.2cm左右。

实施例4

根据实施例1所述适用于强反光环境的多维测量方法，所述根据造影结构图对测量目标的未测量面进行数据填充的方法为：首先在虚拟背景测量空间5中，根据已获取的虚拟测量矩阵点数据形成测量目标面向快速测距装置2的虚拟形态模型-测量面。然后根据投影装置4与快速测距装置2的相对位置关系，将造影结构图调整为虚拟形态模型-测量面拟合的位置处。然后调整造影结构图大小，使得造影结构图与虚拟形态模型-测量面最大限度重合。之后以拟合态下的造影结构图的结构边界为补充点进行数据点补充。最后根据补充的数据点在虚拟背景测量空间中的位置，获得该数据点的位置数据。

如图2所示，当待测量目标6出现在待测量目标所在承载面1上时，由于待测量目标6的遮挡作用，快速测距装置2形成的扫描场会在待测量目标6上形成扫描面601和遮挡面602，同时会在待测量目标所在承载面1与待测量目标6之间形成遮挡空间7。如果不进行数据补充而直接建立虚拟模型，则虚拟模型最终展示的形态要么仅有扫描面601，要么是待测量目标6和遮挡空间7的累加，均会导致测量数据出现巨大误差。因此本发明采用了如图4所示的数据补充方法，即：首先如图4中A所示，基于快速测距装置2的扫描数据，在虚拟测量面上构建扫描面601的虚拟模型。然后如图4中B所示，将造影结构图603与扫描面601的虚拟模型拟合，形成矫正基础。最后如图4中C所示，将遮挡面602的虚拟模型补充至扫描面601的虚拟模型中，形成最终的待测量目标的虚拟模型。

申请人研究发现，尤其是在进行多目标测量时，现有3D点云扫描+3D模型构建技术或结构光测量技术，由于测量目标之间的相互遮挡，很可能输出的虚拟模型是多个目标相互连接构成的，与实际待测量目标会形成显著差异，从而导致输出的目标形态和测量数据均出现巨大误差。因此3D点云扫描+3D模型构建技术或结构光测量技术一般都要求一次测量一个目标，杜绝多目标同时测量。然而，采用本实施例上述方法可有效解决上述问题。一方面采用本实施例技术，可以解决由于虚拟模型构建不充分或加载了遮挡空间7或由于多目标之间的相互遮挡导致的测量错误问题。另一方面本实施例技术可以解决多目标测量问题，这是由于本发明基于造影结构图603区分与补全扫描形成的目标虚拟模型，而不完全依赖扫描测量形成虚拟模型。这就有效解决了多目标同时测量时，将个目标有效区分的问题。当然出现严重的多目标相互遮挡情况时，也在一定程度上也会降低本发明的测量精度，这是由于被遮挡目标大部分形态被遮挡后，快速测距装置2难以获得被遮挡目标的大部分形态数据，在根据投影结构进行虚拟模型补全的过程中可能会造成虚拟模型的形态错误。但是相比现有技术，本发明可以实现对多目标的同时测量，当多目标之间相互遮挡不严重时，可以精确输出测量目标数据，当多目标之间相互遮挡严重时，可以精确输出未遮挡或遮挡面较小的目标的测量数据，仅在被遮挡严重的目标测量时存在超出预设误差范围的误差值。相比现有技术无法对多目标测量，或一但多目标之间由相互遮挡就会形成连体虚拟模型从而导致无法识别目标及测量误差的极大误差相比，本发明实现了技术上的显著突破。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，包括：

S1.通过具有点阵投射和/或扫描测距功能的快速测距装置(2)对待测量目标所在承载面(1)进行矩阵式测量，根据转换模型A将待测量目标所在承载面(1)转换形成虚拟背景测量空间(5)；通过投影装置(3)在待测量目标所在承载面(1)上投影，并形成背景投影图；摄影装置(4)拍摄待测量目标所在承载面(1)，并形成背景摄影图；至少2组偏振摄像装置(8)分别从不同角度朝向待测量目标所在承载面(1)；

S2.在虚拟背景测量空间(5)中选定虚拟测量面，形成待测量目标所在承载面各点阵相对虚拟测量面的矫正参数；

S3.待测量目标所在承载面(1)上每出现一个待测量目标(6)时，投影装置(3)在待测量目标所在承载面(1)上的投影会发生与待测量目标(6)外形轮廓相一致的改变；当识别出现在待测量目标所在承载面(1)上的物体为待测量目标(6)时，投影装置(3)获取投影的改变信息，从而形成待测量目标(6)的造影结构图，同时控制快速测距装置(2)和摄影装置(4)启动；

快速测距装置(2)依指令启动，并对待测量目标(6)及待测量目标所在承载面(1)进行矩阵式测量，根据S1所述转换模型和步骤S2所得矫正参数，将待测量目标(6)及待测量目标所在承载面(1)转换形成虚拟目标测量空间；

摄影装置(4)依指令启动，拍摄当前待测量目标所在承载面(1)并形成测量拍摄图；对比测量拍摄图和背景摄影图，获取待测量目标(6)的实物图，并分析是否存在强反光区域；

S4.对比虚拟背景测量空间(5)和虚拟目标测量空间，得到待测量目标(6)的在虚拟背景测量空间(5)中，位于虚拟测量面上的虚拟测量形态；根据造影结构图对虚拟测量形态进行补全后，得到待测量目标(6)位于虚拟测量面上的虚拟形态；

如步骤S3所述分析是否存在强反光区域的分析结果为存在强反光区域，则启动强反光区域修正分析，对虚拟形态进行修正，得到修正虚拟形态；

所述虚拟形态/修正虚拟形态由矩阵排列的待测量目标(6)的虚拟测量点构建而成；所述虚拟测量点包含点位数据信息，所述点位数据信息中至少包括该虚拟测量点相对虚拟测量面预设标定点的三维距离数据；

S5.根据需要，以虚拟形态数据为基础，输出待测量目标的测量数据；

步骤S1所述根据转换模型A将待测量目标所在承载面(1)转换形成虚拟背景测量空间(5)的方法为：首先，快速测距装置(2)对待测量目标所在承载面(1)进行矩阵式测量，获得当前测量矩阵点相对快速测距装置(2)的距离L-n，n为当前测量矩阵点的矩阵点编号；然后记录矩阵点n相对快速测距装置(2)的角度J-n和对应的L-n；之后通过虚拟角度赋予的方式，根据函数计算，获得矩阵点n垂直上方预设范围和/或垂直下方预设范围内虚拟矩阵点n-N的角度J-(n-N)和对应的L-(n-N)；最后将全部矩阵点n的J-n、L-n、J-(n-N)、L-(n-N)整合，形成基于待测量目标所在承载面的虚拟背景测量空间，该虚拟背景测量空间为矩阵点n和虚拟矩阵点n-N共同构成的立体空间；

步骤S2所述矫正参数为：首先计算矩阵点n与所选定的测量参考面上的矩阵点n或虚拟矩阵点n-N的距离差LC-n；然后通过函数计算式，将L-n和LC-n形成计算转换关系，该计算转换关系即为矫正参数。

2.根据权利要求1所述适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，步骤S3所述根据S1所述转换模型和步骤S2所得矫正参数，将待测量目标(6)及待测量目标所在承载面(1)转换形成虚拟目标测量空间的方法为：首先，快速测距装置(2)对待测量目标所在承载面(1)进行矩阵式测量，获得当前测量矩阵点相对快速测距装置(2)的距离L-cn，cn为具有测量目标时当前测量矩阵点的矩阵点编号；然后根据L-cn对应的测量矩阵点cn所占据虚拟矩阵点n-N的位置，采用虚拟矩阵点n-N对应的矩阵点n的矫正参数矫正后得到该测量矩阵点的虚拟测量矩阵点；最后整合全部虚拟测量矩阵点形成虚拟目标测量空间。

3.根据权利要求1所述适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，步骤S3所述分析是否存在强反光区域的方法包括：

(1)根据预设的反光区域色彩构成，对待测量目标(6)的实物图进行分析，如含有预设的反光区域色彩，则进行步骤(2)，如不含有反光区域色彩，则分析终止；

(2)节选待测量目标(6)的实物图在含有预设的反光区域色彩预设范围内的实物图进行像素分析，分析含有预设的反光区域色彩的边界像素点色彩与相邻实物图其他区域的像素点色彩，色差大于预设则判断该区域为强反光区域，色差小于预设则分析终止。

4.根据权利要求3所述适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，步骤S4所述对虚拟形态进行修正，得到修正虚拟形态的方法包括：

A.获取强反光区域在待测量目标(6)的实物图的位置信息，并对照该位置信息，判断待测量目标(6)位于虚拟测量面上的虚拟形态，在该位置是否存在异常凸起；如存在则进行步骤B，如不存在，则分析终止，不对虚拟形态进行修正；

B.以投影装置(3)视角，对虚拟形态二维化，得到虚拟形态二维图；对照虚拟形态二维图和造影结构图，判断该异常凸起是否重合，如重合则分析终止，不对虚拟形态进行修正；如不重合，则根据造影结构图，修正虚拟形态二维图，并根据修正后的虚拟形态二维图，重新建立虚拟形态，得到修正虚拟形态；如无法判断则进行步骤C；

C.启动偏振摄像装置(8)，获取待测量目标(6)的偏振影像；调整全部偏振摄像装置(8)所得偏振影像至相同大小后，叠加全部偏振影像，消除其中差异值超过预设值的像素点，得到待测量目标(6)的偏振虚拟形态；转动偏振虚拟形态至其理论上面对快速测距装置(2)的一侧朝向快速测距装置(2)，并与虚拟形态叠加；异常凸起区域以偏振虚拟形态修正虚拟形态，其余区域以虚拟形态修正偏振虚拟形态，修正完成后得到修正虚拟形态。

5.根据权利要求4所述适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，步骤B所述无法判断的触发条件为：当虚拟形态二维图中异常凸起的部分完全落入虚拟形态二维图其他区域构成的范围内，且对照虚拟形态二维图和造影结构图，判断该异常凸起为重合时，该重合判定为无法判断。

6.根据权利要求1所述适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，步骤S4所述对比虚拟背景测量空间(5)和虚拟目标测量空间，得到待测量目标(6)的在虚拟背景测量空间(5)中，位于虚拟测量面上的虚拟测量形态的方法为：以虚拟目标测量空间与虚拟背景测量空间(5)中，原测量点距离和角度重合的部分为锚点，将虚拟目标测量空间锚定为与虚拟背景测量空间(5)各虚拟点阵重合的虚拟空间，从而得到在虚拟背景测量空间(5)中，位于虚拟测量面上的测量目标的虚拟形态。

7.根据权利要求6所述适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，在进行将虚拟目标测量空间锚定为与虚拟背景测量空间各虚拟点阵重合的虚拟空间时，首先以虚拟目标测量空间与虚拟背景测量空间(5)中，原测量点距离和角度重合的部分为锚点，将虚拟目标测量空间中的虚拟测量矩阵点与虚拟背景测量空间(5)中对应位置的虚拟矩阵点进行对比，出现位置误差的点位，基于虚拟矩阵点位置数据对虚拟测量矩阵点位置数据进行点位位置数据矫正；待全部虚拟测量矩阵点的位置数据矫正完成后，判定将虚拟目标测量空间锚定为与虚拟背景测量空间各虚拟点阵重合的虚拟空间动作完成。

8.根据权利要求6所述适用于强反光环境的多维测量方法，其特征在于，所述根据造影结构图对测量目标的未测量面进行数据填充的方法为：首先在虚拟背景测量空间(5)中，根据已获取的虚拟测量矩阵点数据形成测量目标面向快速测距装置(2)的虚拟形态模型-测量面；然后根据投影装置(4)与快速测距装置(2)的相对位置关系，将造影结构图调整为虚拟形态模型-测量面拟合的位置处；然后调整造影结构图大小，使得造影结构图与虚拟形态模型-测量面最大限度重合；之后以拟合态下的造影结构图的结构边界为补充点进行数据点补充；最后根据补充的数据点在虚拟背景测量空间中的位置，获得该数据点的位置数据。

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