CN115077419A - 一种双线交叉结构光三维视觉测量方法 - Google Patents

Abstract

一种双线交叉结构光三维视觉测量方法，属于结构光视觉测量系统领域。本发明解决了传统的基于滑轨的单线结构光测量方法中扫描光平面的实时停顿标定问题，由于步进电机的特性，扫描过程可描述为“步进→停顿→步进”，不能称之为连续的“扫描”过程。双线交叉结构光三维视觉测量方法只需要一个固定滑轨即可，其中移动步长不再需要步进电机控制，不受步进电机迟滞性的影响，可使扫描光条平滑且连续顺畅地移动，同时精度能得到保证，通过计算获得扫描光平面的实时空间姿态方程，逐条获得被测物体的三维点云信息，实现物体三维形貌的整体重构。特别是对空间物体三维表面的测量，具有较高的效率和精度，可应用于三维重建领域。

Description

一种双线交叉结构光三维视觉测量方法

技术领域

本发明属于结构光视觉测量系统领域，具体涉及一种双线交叉结构光三维视觉测量方法。

背景技术

视觉测量技术是一种广泛应用于现代工业的综合性前沿测量技术，在计算机视觉的基础上，结合模式识别、图像处理、光学通信等相关前沿领域，通过非接触的方式，将可见激光照射到被测物体上，利用激光投影到物体表面的特征点、摄像机和激光器的位姿关系得到被测物体的三维信息，具有速度快、精度高、稳定性好等特点，可分为点结构光、线结构光和光栅测量技术。

其中线结构光测量技术最具代表性，其测量系统的基本原理是向空间中的某一待测物体投射由单线激光器发出的已知空间姿态的激光平面，在物体的表面形成一束投影光条，沿着已知方向移动激光平面，相应物体表面的投影光条也随之移动，通过高精度摄像机对投影光条移动过程中的位置分别拍摄图片，利用光条中心检测技术提取投影光条特征点的像素坐标，最后利用通过标定获得的结构光视觉系统的参数将上述特征点的像素坐标投影到摄像机坐标系中，从而获得被测物体的空间形貌特征。

然而，传统的单线结构光测量方法，首先需要一个直线滑轨控制激光平面和相应投影光条的移动方向，其次需要一个步进电机控制激光平面和相应投影光条的移动步长。将姿态固定的激光器沿着滑轨按步进电机的控制移动一定步长，步长的位移必须是已知的固定长度，且步长的精度受步进电机移动精度的影响，从而实现被测物体三维形貌的逐条测量，再通过多幅图片拼接实现整体形貌的还原。但是，步进电机的精度存在限制，且步进电机控制的移动存在迟滞性，导致单线结构光视觉测量系统的精度和效率有明显的下降，影响测量效果，进而影响被测物体三维形貌的还原。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的单线结构光视觉测量系统精度较差、效率较低导致测量效果较差的问题，提供一种双线交叉结构光三维视觉测量方法，可以有效解决传统的基于滑轨的单线结构光测量方法存在的问题。

本发明解决了传统的基于滑轨的单线结构光测量方法中扫描光平面的实时停顿标定问题，由于步进电机的特性，扫描过程可描述为“步进→停顿→步进”，严格意义上来说不能称之为连续的“扫描”过程。双线交叉结构光三维视觉测量方法只需要一个固定滑轨即可，其中移动步长不再需要步进电机控制，不受步进电机迟滞性的影响，可使扫描光条平滑且连续顺畅地移动，同时精度能得到保证，通过计算获得扫描光平面的实时空间姿态方程，逐条获得被测物体的三维点云信息，实现物体三维形貌的整体重构。特别是对空间物体三维表面的测量，具有较高的效率，通过此方法得到的点云数据具有较高的精度，可应用于三维重建领域。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种双线交叉结构光三维视觉测量方法，所述方法具体为：

步骤一：按照预定位置布置滑轨、两个激光器、摄像机、标靶平面和待测物体，两个激光器发出的激光平面呈一定角度的相交关系，相交的角度可视检测情况而定；

步骤二：令布置在滑轨上的激光器保持在竖直方向上，并且可覆盖待测物体的全域，另一激光器发射的光条保持在水平方向上保持测量全程的位姿始终不变，并且应避免投射到待测物体的表面；

步骤三：两光条相交产生一个类十字交点区域，确定此区域内的几何中心点的亚像素坐标，同时将此交点的像素坐标投影到摄像机坐标系计算其空间坐标，再利用此空间坐标计算移动中的激光平面的方程来实现实时标定，然后通过高精度摄像机分别拍摄移动中的光条实时位置的图片，最后利用标定获得的双线交叉结构光三维视觉测量系统的参数将被测物体上的光条特征点像素坐标投影到摄像机坐标系，获得被测物体的空间形貌特征。

进一步地，所述步骤一还包括对摄像机标定和两个初始光平面进行标定，得到摄像机的内参矩阵和畸变系数，初始光平面方程。

进一步地，步骤三中，计算扫描光平面VLP_n在每一幅图片里由停留位置所代表的实时空间姿态方程；由平面的点法式方程定理：在空间直角坐标系中，给定一点M(x₀,y₀,z₀)和平面上的一个法向量

则可以确定此平面为：A(X-x₀)+B(Y-y₀)+C(z-z₀)＝0，可知扫描过程的光平面VLP_n当n≥2时的每一个空间姿态方程均可求，具体方式如下：

第一，通过计算获得交点P的空间坐标

第二，设扫描起点位置的光平面VLP₁的平面方程为A_v1x+B_v1y+C_v1z+1＝0，其中A_v1,B_v1,C_v1分别为x,y,z的系数，由光平面标定求得，向量

为光平面VLP₁具有代表性的法向量；通过滑轨平移得到的光平面VLP₂、VLP₃……VLP_n均与光平面VLP₁平行，可知VLP_n(n≥2)的法向量均为

第三，总结以上两点可写出关于新的光平面VLP_n方程的如下公式：

整理可得：

即得到了第n幅图片的光平面VLP_n的空间姿态方程，实现了扫描过程中对扫描光平面的实时标定。

本发明相对于传统的单线结构光测量方法的有益效果为：

1、精度可达到1μm；

2、避免了步进电机的迟滞性限制，使“扫描”过程变得平滑顺畅，极大地提高了测量效率；

3、易于操作，有一定的半自动化水平。其中摄像机可通过一次操作，实现连续拍摄光条扫描的图像；在程序层面对多幅图像中的光条处理过程也实现了自动化检测。

附图说明

图1为滑轨、激光器、激光平面及其相交位姿图；

图2为标靶平面、激光条和交点区域图；

图3为交点区域及其几何中心图；

图4为初始光平面和待测物体位置示意图；

图5为扫描过程图；

图6为方形图案靶标与光条图；

图7为完整的测量流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

本发明在传统单线结构光测量系统的基础上，舍弃步进电机，保留滑轨，同时引入另一个激光平面，该激光平面与传统方法的激光平面呈一定角度的相交关系，相交的角度可视检测情况而定。由此投射出的两个光条：令传统的移动光条保持在竖直方向上，并且可覆盖待测物体的全域；另一引入的光条保持在水平方向上保持测量全程的位姿始终不变，并且应避免投射到待测物体的表面。两光条相交产生一个类十字交点区域，确定此区域内的几何中心点的亚像素坐标，同时将此交点的像素坐标投影到摄像机坐标系计算其空间坐标，再利用此空间坐标计算移动中的激光平面的方程来实现实时标定，然后通过高精度摄像机分别拍摄移动中的光条实时位置的图片，最后利用标定获得的双线交叉结构光三维视觉测量系统的参数将被测物体上的光条特征点像素坐标投影到摄像机坐标系，获得被测物体的空间形貌特征。

为了实现上述过程，在将双线交叉结构光三维视觉测量方法应用于实际测量之前，首先应通过标定获取测量系统的参数，即通过摄像机标定获得摄像机的内部参数；通过光平面标定获得两个激光平面初始位姿的光平面方程。

目前，在视觉测量技术领域通常采用张正友在其公开文献Zhang Z.(2000).Aflexible new technique for camera calibration.IEEE Trans.on Pattern Analysisand Machine Intelligence,22(11):1330-1334.中提出的一种摄像机标定方法来完成摄像机标定。

在本发明的摄像机标定阶段，进一步采用了孙秋成于2010年发表的公开博士论文《基于机器视觉的轴径测量》中提出的基于张正友标定法的改进标定模型，用以适配光平面标定技术，提高了计算效率和精度。在光平面标定阶段，采用在AFlexible CalibrationMethod Using the Planar Target with a Square Pattern for Line StructuredLight Vision System.Sun,Qiucheng,et al.A Flexible Calibration Method Usingthe Planar Target with a Square Pattern for Line Structured Light VisionSystem.PloS one 9.9:e106911.(SCI)2014.中公开的一种利用方形图案平面模板的线结构光视觉系统标定方法，该方法利用提取方形图案的四个角点坐标和激光平面投射的不同位姿的投影光条求得单线结构光平面在摄像机坐标系下的空间方程。光条中心的特征点检测是线结构光视觉测量系统的关键环节。本发明采用Steger C.在其公开文献An unbiaseddetector of curvilinear structures[J].IEEE Transactions on PatternAnalysisand Machine Intelligence,1988,20(2):113-125.中发表的一种光条中心点检测算法，实现对特征点的亚像素级检测，并且该方法具有较高的精度和良好的鲁棒性。

以下为本发明的具体实施过程

首先，在传统的单线结构光测量系统的基础上，舍弃步进电机，保留滑轨，同时引入另一个单线激光器，即引入了另一个激光平面。记滑轨(Slide Rail)为SR，原有的激光器(Laser)为L₁，新引入的激光器为L₂，它们发出的激光平面(Light Plane)分别记为LP₁和LP₂，两个激光平面呈一定角度的相交关系，如图1所示，相交的角度可视检测情况而定。标靶平面(Target Plane)记为TP，将待测物体放置在TP上，两个激光平面各自投射到TP的光条(Laser Strip)分别记为LS₁和LS₂，令LS₁保持在竖直方向上作为扫描光条，重新记为VLS₁(Vertical Light Strip)，相应的光平面记为VLP₁(Vertical Light Plane)，要求VLS₁在扫描过程可以覆盖待测物体表面的全貌；令LS₂保持在水平方向上作为固定光条，重新记为HLS(Horizontal Light Strip)，相应的光平面记为HLP(Horizontal Light Plane)，要求HLS避免投射到待测物体的表面区域。VLS₁和HLS在整个双线交叉结构光三维视觉检测过程中始终相交，时刻产生一个类十字交点区域，如图2所示。通过交线法寻找此区域内两个光条中心线交点的亚像素级几何中心坐标，记为P₁(Point)，如图3所示。

其次，固定摄像机和激光器L₂的位置，旋转L₂令HLS在标靶平面上找到合适的角度并固定。调整L₁的位置，令VLS₁保持在滑轨的起始位置，并针对待测物体的位置和形貌调整到合适的角度，如图4所示。记录此时的光平面VLP₁，HLP为初始状态的光平面，此时先后进行摄像机标定和两个初始光平面的标定，得到本发明需要的前置参数，即摄像机的内参矩阵和畸变系数，光平面VLP₁和HLP的光平面方程。

其后是本发明的核心部分：沿滑轨平移一次激光器L₁，其发射的激光平面VLP₁和照射在被测物体表面上的光条VLS₁也随之移动，产生了一个新的激光平面，记为VLP₂，新的光条记为VLS₂，其中VLP₁与VLP₂，VLS₁与VLS₂均为平行关系，此时由光条VLS₂和HLS相交产生新的交点区域的几何中心，其坐标记为P₂，再通过摄像机拍摄一幅带有两个光条信息的图片，至此完成了一次的扫描动作，如图5所示。重复上面的动作，继续平移一次激光器L₁，又产生了新的激光平面，记为VLP₃，新的光条记为VLS₃，新的交点坐标P₃，再由摄像机拍摄一幅图片。以此类推，依次滑动，直至光平面VLP₁扫过完整的被测物体表面，得到VLS_n、P_n和n幅图片即可认为扫描完成。

实施例1：

完整的测量流程如图7所示，以下为具体的实施步骤：

步骤一：建立图4所示的由滑轨、激光器、摄像机、标靶平面和待测物体组成的双线结构光视觉测量系统的测量装置。其中，滑轨、摄像机、标靶平面和激光器L₂的位置一经选定，它们的位姿在整个扫描测量过程中不再发生变化；摄像机依据固定好的位置调整摄像机的内部参数，使摄像机针对标靶平面TP的成像效果尽量清晰；激光器L₁在保证测量要求的前提下，通过滑轨SR找到它的初始位置。

步骤二：对摄像机参数进行标定，获取摄像机的内部参数和外部参数。具体方式如下：

第一，建立转换坐标系，即：世界坐标系、摄像机坐标系、图像物理坐标系和图像像素坐标系；世界坐标系可以根据运算方便与否自由放置，一般以平面标定板上左上角的点为世界坐标系的原点，其XOY平面与标定板平面重合，令标定板上的点其Z＝0；摄像机坐标系的原点在摄像机的光心上，z轴与摄像机光轴平行；图像物理坐标系的原点位于摄像机光轴与成像平面的交点上；图像像素坐标系的原点位于图片的左上角的点；其中，世界坐标系下的空间中某一点的三维坐标表示为(X_w,Y_w,Z_w)，经过摄像机拍摄的刚体变换转化为摄像机坐标系下的坐标(X_c,Y_c,Z_c)，再经过透视投影转化为图像物理坐标系下的理想图像坐标(x_u,y_u)，由于摄像机镜头存在畸变，(x_u,y_u)并非某一点的真实的位置，经过转化关系得到图像物理坐标系下的实际图像坐标(x_d,y_d)和图像像素坐标下的实际像素坐标(x_p,y_p)；

第二，利用棋盘格标定板在摄像机的拍摄范围内做多次不同姿态下的倾角变化并拍摄三幅以上的图片，实现对摄像机内外部参数的标定，获得摄像机的内参矩阵

和畸变系数K＝(k₁,k₂,p₁,p₂)。其中α和β分别表示图像像素坐标系中U轴和V轴的比例因子；γ表示像素平面两坐标轴的不垂直因子，(u₀,v₀)表示摄像机光轴与图像平面交点在像素坐标系上的坐标；k₁,k₂表示图像物理坐标系中径向畸变函数的系数；p₁,p₂表示图像物理坐标系中切向畸变函数的系数。

第三，具体的标定模型采用了孙秋成提出的基于张正友标定法的改进标定模型，坐标系转换关系的公式如下：

其中，t＝[t₁t₂t₃]^T为平移向量；

为外部参数旋转矩阵(可由欧拉角表示)；

关于标定模型公式的补充：

(X_c,Y_c,Z_c)是摄像机坐标系下某一点的坐标；(X_w,Y_w,Z_w)是世界坐标系下某一点的坐标；t＝[t₁t₂t₃]^T为平移向量；

为外部参数旋转矩阵。此公式的含义是世界坐标系中某一点的坐标，经过旋转、平移等刚体变换的方式，转换成摄像机坐标系下的对应坐标。

(x_u,y_u)是图像物理坐标系下某一点的理想图像坐标。此公式的含义是摄像机坐标系下的某一点坐标，经过透视投影转换到图像物理坐标系下对应的理想图像坐标。

其中

(x_d,y_d)是图像物理坐标系下某一点的实际图像坐标；(x_p,y_p)是图像像素坐标系下某一点的像素坐标；(k₁,k₂,p₁,p₂)为摄像机镜头畸变系数。此公式的含义是图像物理坐标系下某一点的理想坐标经过畸变矫正转换到对应的实际坐标。

是摄像机的内参矩阵，具体参数含义在步骤二中的第二点已经提到。此公式的含义是图像物理坐标系下某一点的实际坐标到图像像素坐标系下对应的像素坐标的转换。

步骤三：对初始位置的扫描光平面和始终固定位置的光平面进行标定，分别对应如图4所示的VLP₁和HLP，获得激光平面在摄像机坐标系下的平面方程。具体方式如下：

第一，光平面标定方法使用的是孙秋成公开的一种利用方形图案平面模板的单线结构光标定方法，通过多幅图片上的黑色方形图案的四个角点和光条中心检测的特征点拟合光平面方程。使用两次单线结构光标定方法分别对初始位置的两个光平面VLP₁和HLP进行标定。

第二，以标定光平面VLP₁为例：令光条VLS₁始终保持在方形靶标上，方形靶标在标靶平面附近做j(4≤j≤9)次位姿变化，每变化1次就使用摄像机拍摄一幅包括方形靶标和投影光条的标定图片，如图6所示，直至获得j幅图片。

第三，对每一幅由摄像机拍摄的标定图片进行角点检测。使用角点检测算法，分别检测标定图片中方形靶标的4个角点的像素坐标

其中m＝1,2,3......，表示图像的幅数序号；n＝1,2,3……，表示当前单幅图片中4个角点在该图中的序号。利用摄像机的内外参数可建立如下关于坐标转换关系的数学模型：

其中，

表示角点的理想图像坐标系坐标，

表示角点的实际图像坐标系坐标。利用角点的像素坐标

及其对应的在世界坐标系中的二维坐标

的转换关系，可得如下等式：

其中，S表示比例因子，r_i(i＝1,2)表示旋转矩阵R的第i列向量，t表示平移向量。设

H＝[r₁r₂t]。则上式可改写为：

约去s，可写为：

其中h_i(i＝1,2,3)为矩阵H的第i行。继续推导得：

写为矩阵形式即：

设

当给出4个角点的像素坐标，即i从1顺次取到4时，1幅图片可对应获得8个方程并且可写成一个形如Cx＝0的齐次方程组。其中C为8×9的系数矩阵，当x被定义为一个比例因子时，Cx＝0的解就是已知的与最小奇异值相关联的L的右奇异向量。使用旋转矩阵R和平移向量T，可以在摄像机坐标系中求解方形靶标平面的方程。

第四，对每一幅由摄像机拍摄的标定图片上的激光投影光条进行光条中心检测，这里使用的是Steger光条中心检测算法得到每幅标定图片中的光条中心特征点的像素坐标，同理利用每幅图片的方形靶标的外部参数H将光条中心的像素点坐标投影到摄像机坐标系中，即得到对应的三维摄像机坐标系坐标点，重复处理每一幅图片即可获得以光条中心点为特征的激光投影光条中心点集合。

第五，将以上获得的激光投影光条中心的点集全部投影到统一的摄像机坐标系中，利用这些点拟合得到唯一的一个空间平面，从而求解结构光平面的空间方程，实现光平面的标定。

步骤四：采集扫描图像。如图5所示，将光平面VLP₁按滑轨上的滑块连续滑动，使光条VLS₁平滑地过渡到光条VLS_n，同时使用摄像机采集这n幅图片。在扫描操作过程中，摄像机可以通过驱动程序设置为连续拍摄状态，例如设置为每50ms拍摄1幅图片，那么自按下“拍摄”按钮开始，控制滑轨上固定激光器L₁的滑块，使得光条VLS₁完整扫过被测物体，到按下“结束”按钮为止，假设这一过程历时10s，则摄像机就拍摄到了200幅扫描光条不断变化的图片，可以实现高效率的图像采集。

步骤五：寻找光条交点P在像素坐标系下的像素坐标

以及求取P点相应的空间坐标

其中p代表交点P，q＝1,2,3……代表交点P的次序，对应扫描图像的幅数n。在光平面VLP₁扫描过程中，一次的扫描动作(如从VLP₁到VLP₂)产生了一个新的光平面和光条交点，如图5所示。光条交点的具体位置如图3的P₁点所示。寻找P点两个坐标的具体方式如下：

第一，交点P的像素坐标

是通过交线法得到的：在交点P的两侧使用光条中心点检测算法，得到若干个落在光条HLS上的亚像素坐标，利用这些坐标拟合了一条直线方程y₁；同理，找到若干个落在光条VLS_n上的亚像素坐标，并且拟合了一条直线方程y₂；两条直线相交，即联立方程y₁和y₂，可以计算得到光条交点P的像素坐标

并且精度达到亚像素级别。

第二，由步骤三求得的光平面HLP的平面方程已知，由步骤二求得的摄像机内外部参数已知，同时利用光条交点同时存在于两个光条上的特性，可以计算

在摄像机坐标系下的空间坐标

设光平面HLP的平面方程为A_Hx+B_Hy+C_Hz+1＝0，其中A_H,B_H,C_H分别为x,y,z的系数，由步骤三光平面标定获得。将光条交点P的像素坐标

代入摄像机标定模型，即投影到摄像机坐标系中，由已知的光平面HLP的平面方程A_Hx+B_Hy+C_Hz+1＝0可以确定P点的景深，求得P点对应的空间坐标

步骤六：计算扫描光平面VLP_n在每一幅图片里由停留位置所代表的实时空间姿态方程。由平面的点法式方程定理：在空间直角坐标系中，给定一点M(x₀,y₀,z₀)和平面上的一个法向量

则可以确定此平面为：A(X-x₀)+B(Y-y₀)+C(z-z₀)＝0，可知扫描过程的光平面VLP_n当n≥2时的每一个空间姿态方程均可求，具体方式如下：

第一，由步骤五已知，交点P的空间坐标

已经通过计算获得。

第二，设扫描起点位置的光平面VLP₁的平面方程为A_v1x+B_v1y+C_v1z+1＝0，其中A_v1,B_v1,C_v1分别为x,y,z的系数，由步骤三光平面标定求得，可知向量

为光平面VLP₁具有代表性的法向量。通过滑轨平移得到的光平面VLP₂、VLP₃……VLP_n均与光平面VLP₁平行，可知VLP_n(n≥2)的法向量均为

第三，总结以上两点可写出关于新的光平面VLP_n方程的如下公式：

整理可得：

即得到了第n幅图片的光平面VLP_n的空间姿态方程，实现了扫描过程中对扫描光平面的实时标定。

步骤七：利用光条中心点检测算法找到在像素坐标系下的扫描光条VLS_n的特征点的亚像素坐标集合

将这些坐标投影到摄像机坐标系中计算其空间坐标集合

可以得到一组在摄像机坐标系下的空间坐标，完成被测物体的一幅图片对应的一个光条所采集到的表面特征点的三维测量，具体方式如下：

第一，由步骤六已经通过计算获得每一幅图片的扫描光平面的实时空间姿态方程。

第二，通过光条中心点检测算法得到的像素点集

投影到统一的摄像机坐标系下，经过摄像机标定模型，只能得到没有景深的理想的二维图像坐标集合

过程如下：

其中

依据摄像机成像原理，此时空间中的特征点反射的光线被摄像机光心捕获，按照光路可逆性，此时也可认为是从摄像机的光心发出一条射线到特征点，落在图像上形成了一个亚像素点，射线的方程可描述为：

第三，景深z由射线与平面的交点确定。写成公式如下：

可以推出：

景深z确定后即可通过摄像机标定模型计算完整的某一点的空间坐标：

最终得到了一组被测物体表面特征点的空间坐标集合

即完成了对被测物体一幅图片所采集到的表面特征点的三维测量。

步骤八：重复进行步骤五，步骤六和步骤七，依次计算每一幅图片，拼接所有计算得到的空间坐标集合即可得到被测物体表面特征点的点云数据，继而得到被测物体的三维全貌。

Claims (3)

1.一种双线交叉结构光三维视觉测量方法，其特征在于：所述方法具体为：

步骤一：按照预定位置布置滑轨、两个激光器、摄像机、标靶平面和待测物体，两个激光器发出的激光平面呈一定角度的相交关系，相交的角度可视检测情况而定；

步骤二：令布置在滑轨上的激光器保持在竖直方向上，并且可覆盖待测物体的全域，另一激光器发射的光条保持在水平方向上保持测量全程的位姿始终不变，并且应避免投射到待测物体的表面；

步骤三：两光条相交产生一个类十字交点区域，确定此区域内的几何中心点的亚像素坐标，同时将此交点的像素坐标投影到摄像机坐标系计算其空间坐标，再利用此空间坐标计算移动中的激光平面的方程来实现实时标定，然后通过高精度摄像机分别拍摄移动中的光条实时位置的图片，最后利用标定获得的双线交叉结构光三维视觉测量系统的参数将被测物体上的光条特征点像素坐标投影到摄像机坐标系，获得被测物体的空间形貌特征。

2.根据权利要求1所述的一种双线交叉结构光三维视觉测量方法，其特征在于：所述步骤一还包括对摄像机标定和两个初始光平面进行标定，得到摄像机的内参矩阵和畸变系数，初始光平面方程。

3.根据权利要求1所述的一种双线交叉结构光三维视觉测量方法，其特征在于：步骤三中，计算扫描光平面VLP_n在每一幅图片里由停留位置所代表的实时空间姿态方程；由平面的点法式方程定理：在空间直角坐标系中，给定一点M(x₀,y₀,z₀)和平面上的一个法向量

则可以确定此平面为：A(X-x₀)+B(Y-y₀)+C(z-z₀)＝0，可知扫描过程的光平面VLP_n当n≥2时的每一个空间姿态方程均可求，具体方式如下：

第一，通过计算获得交点P的空间坐标

第二，设扫描起点位置的光平面VLP₁的平面方程为A_v1x+B_v1y+C_v1z+1＝0，其中A_v1,B_v1,C_v1分别为x,y,z的系数，由光平面标定求得，向量

为光平面VLP₁具有代表性的法向量；通过滑轨平移得到的光平面VLP₂、VLP₃……VLP_n均与光平面VLP₁平行，可知VLP_n(n≥2)的法向量均为

第三，总结以上两点可写出关于新的光平面VLP_n方程的如下公式：

整理可得：

即得到了第n幅图片的光平面VLP_n的空间姿态方程，实现了扫描过程中对扫描光平面的实时标定。

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