CN116381712A - 一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法 - Google Patents

一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116381712A
CN116381712A CN202310277178.XA CN202310277178A CN116381712A CN 116381712 A CN116381712 A CN 116381712A CN 202310277178 A CN202310277178 A CN 202310277178A CN 116381712 A CN116381712 A CN 116381712A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
linear array
camera
array camera
edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310277178.XA
Other languages
English (en)
Inventor
毛庆洲
张旭
胡雪晴
刘新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN202310277178.XA priority Critical patent/CN116381712A/zh
Publication of CN116381712A publication Critical patent/CN116381712A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4808—Evaluating distance, position or velocity data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请公开了一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法。本方法中，线阵相机的采集与激光扫描仪的采集保持同步，线阵相机的扫描面与激光扫描面平行。该设备发挥线阵相机采集速度更快、分辨率更高、畸变较小等优势，线阵相机与激光扫描仪共同转动，线阵相机通过旋转角度触发式连续采集图像，获取一张360°完整的全景图像，同一高度无需图像拼接，减小数据堆叠，所需存储空间较小；成本价格相较于同等功能的设备较低；另外，点云数据与影像数据融合较为方便，更高效的完成三维场景的实时测量和色彩渲染。

Description

一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法
技术领域
本申请涉及测绘的技术领域，尤其涉及一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法。
背景技术
激光扫描技术是快速高效获取空间数据的重要手段之一。激光扫描仪获取周围目标点额激光点云数据，通常情况下扫描仪配置至少由一个面阵成像设备组合的全景相机，相机用于拍摄扫描目标区域的RGB影像数据。激光扫描装置所获取的目标点云数据是建立在扫描装置局部坐标系下的一系列坐标点，相机成像设备采集的扫描区域内目标的影像坐标是建立在面阵成像设备空间坐标系下的。为实现目标点云数据与影像数据的融合，赋予点云数据RGB色彩信息，需对目标激光点云数据与影像数据完成配准。配准过程主要是根据在扫描仪局部坐标系下的激光点坐标以及相机设备安置的位姿参数，通过几何空间上的坐标变换公式计算每个激光点对应的影像坐标，将计算得到的影像坐标RGB色彩赋予对应的激光点，实现激光点云数据的色彩渲染效果。
全景相机与激光雷达组合观测提高了现代测绘工作的效率。目前，全景相机发展迅速，市场上出现了多种技术参数不同、工作方式不同、组合方式不同的全景相机，大致可以分为三种成像类型：相机集群型、鱼眼镜头型、缝合图像型以及全景扫描型。现阶段，市面上多数全景相机是利用至少一个面阵相机与激光扫描仪组合的测量系统，该组合形式的系统对相机的性能要求较高，相应的成本也较高。另外，面阵相机与三维激光雷达不能同步动态测量，影像采集速度较慢，需要大容量存储设备，且存在大量数据重叠；后期图像数据处理工作量较大，例如畸变校正、拼接等工作。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法，能够实现同一高度无需图像拼接，减小数据堆叠，所需存储空间较小，同时降低点云数据与影像数据融合难度。
本申请提供一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法，包括：
通过线阵相机采集图像数据，通过激光雷达采集点云数据，所述线阵相机的采集动作和激光雷达的采集动作保持同步，并且线阵相机采集数据时的扫描面与激光采集数据时的扫描面平行；
将所述图像数据进行校正；
将经过所述校正后的图像数据与所述点云数据进行配准融合。
可选地，所述线阵相机的数据采集动作和激光雷达的数据采集为周期性采集。
可选地，所述线阵相机为由多个线阵相机单元所组合成，不同线阵相机单元的主光轴共面。
可选地，所述校正包括：
利用Hough变换检测椭圆，并对球形靶标边缘进行粗提取，由像素级边缘确定感兴趣区域，并将区域托大至包含模糊边缘部分；
建立三级灰度的边缘模型，利用Zernike矩与所述边缘模型进行子像素边缘定位；
重复拟合椭圆，并剔除残差超出阈值的边界像素，以达到优化边界的目的，再获取椭圆边缘点纵坐标、横坐标的最大值和最小值；
建立球形标靶的投影模型，得到理论上椭圆在横轴方向的像素个数和实际像素个数，进而获得图像缩放比；
根据所述图像缩放比，利用双线性插值法对待校正图像进行校正。
可选地，所述边缘模型，采用以下公式，
Figure BDA0004136740650000031
其中，l1为背景级灰度、l2为、l为边界级灰度，σb(xi,yi)为边缘坐标(xi,yi)处的边缘灰度分布模型的标准差，h为背景灰度，k为前景和背景的灰度差。
可选地，所述Zernike矩，采用以下公式，
Figure BDA0004136740650000032
其中，l1表示从图像原点到边缘部分下边界的距离，l2表示从图像原点到上边界的距离。Δk表示边缘区域灰度的均值。
可选地，所述投影模型，采用以下公式，
Figure BDA0004136740650000033
L1为球形靶标上的点A在像面上的投影点A'距像面中心O'的几何长度A'O'，同理L2为C'O'，L3为B'O'，θ为球形标靶中心相对于主光轴的的高度角，f为线性相机的焦距。
可选地，通过以下公式获得图像缩放比，
Figure BDA0004136740650000034
其中，T为缩放比，xmax为边界集M的横轴最大值、xmin为边界集M的横轴最小值、ymax为边界集M的纵轴最大值、ymin为边界集M的纵轴最小值。
可选地，所述配准融合的方式为，将线阵相机的坐标系、激光雷达的点云坐标系通过坐标变换所得到。
可选地，所述坐标变换通过以下公式进行，
Figure BDA0004136740650000041
其中，点P在相片中的像素坐标为(xp,yp)，点P在点云坐标系O-X′Y′Z′中的坐标为(XP,YP,ZP)，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为旋转矩阵参数，线性相机的图像竖直方向的角度分辨率为b，线性相机的图像水平方向的角度分辨率为a。
本申请提出基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法，多个线阵相机与激光扫描仪同步观测，线阵相机的扫描面与激光扫描面平行，且二者空间位置较为简单。该设备发挥线阵相机采集速度更快、分辨率更高、畸变较小等优势，线阵相机与激光扫描仪共同转动，线阵相机通过旋转角度触发式连续采集图像，获取一张360°完整的全景图像，同一高度无需图像拼接，减小数据堆叠，所需存储空间较小；成本价格相较于同等功能的设备较低；另外，点云数据与影像数据融合较为方便，更高效的完成三维场景的实时测量和色彩渲染。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的相机扫描面、激光雷达的扫描面布设的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的线阵相机中的成像模型的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的线阵相机与地面激光雷达组合装置的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的三个线阵相机组成的全景相机的结构示意图。
图5为本申请实施例提供的光路分布图。
图6为本申请实施例提供的仪器扫描视场范围示意图。
图7为本申请实施例提供的组合装置的工作控制图。
图8为本申请实施例提供的线阵相机投影区域的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[线阵相机与地面激光雷达组合装置]
参考图1，组合装置包括激光雷达的扫描仪、一台或多台线阵相机、上位机三部分组成，主要涉及激光扫描仪和相机的布局结构和传感器控制模块。线阵相机的扫描面与三维激光雷达的扫描面F平行，二者结构固连，相机随三维激光雷达转动，完成相机扫描范围360°观测。
上位机向激光扫描仪发送旋转测量指令，电机带动编码器、激光扫描仪同轴转动，同步控制板记录激光雷达在水平和竖直方向的旋转角度，并在水平角旋转0.01°时向相机发送帧触发指令，连续获取观测图像。
参考图3，相机的扫描面和激光扫描仪的扫描面平行，每台相机的扫描面与扫描面平行。所述线阵相机跟随激光扫描仪同步转动连续采集目标影像数据，同一相机可生成四周目标整张图像，无需横向拼接，过程较为方便，节约存储空间。所述线阵相机可以是商业相机或工业相机或相机模块等。
参考图4，三个线阵(相机1、相机2、相机3)相机组成一个线阵全景相机。线阵相机的三个主光轴(z1、z2、z3)共面并以一定夹角呈弧形阵列拼接而成，选用4K的彩色线阵相机，组成一个大约10K的弧形全景相机，利用25mm的镜头，达到竖直方向160°观测夹角，光路分布如图5所示。相机随激光雷达激光扫描仪转动，完成360°*320°视场观测范围，如图6。通过设备的检校，获得各相机相对于激光扫描仪的位姿关系。
[上位机]
上位机向三维激光扫描仪发送旋转信号，电机带动编码器、激光雷达同轴转动，编码器记录旋转角并向同步控制板发送脉冲信号，同步控制板记录激光雷达在水平和竖直方向的旋转角度，水平方向每转动0.01°，同步控制板向三个线阵相机同时发送帧触发拍照信号，并对每帧图像赋予水平角度标记，工作控制图如图7。三个线阵相机随激光雷达转动连续采集图像，图像大小约3.6亿像素，实现点云数据和影像数据同步采集。
[线阵相机的图像校正]
线阵相机随激光雷达转动测量时，由于相机采样的触发方式为固定旋转角度触发，因此所观测的物体在全景图像中存在横向拉伸问题，纵向无拉伸。图像拉伸校正也是本专利的一项重要内容。考虑物体成像角度的多样性，由于圆球具有旋转不变性，选用球形标靶作为拉伸比例的计算参照。具体步骤
1)利用Hough变化检测椭圆，并对球形靶标边缘进行粗提取，由像素级边缘确定感兴趣区域，并适当扩大区域至包含模糊边缘部分。
2)建立一种三级灰度边缘模型，利用Zernike矩与提出的边缘模型进行子像素边缘定位。
3)重复拟合椭圆，并剔除残差超出阈值的边界像素，以达到优化边界的目的，之后获取椭圆边缘点纵坐标、横坐标的最大值和最小值。
4)建立球形标靶的投影模型，得到理论上椭圆在横轴方向的像素个数和实际像素个数，进而获得图像缩放比。
5)基于步骤4)中的图像缩放比，利用双线性插值法对原图像做图像校正。
为加快图像中球形标靶的定位速度，步骤1)采用Hough变换检测椭圆，精确定位球形标靶的位置，获取标靶的像素级边界，并适当扩大边界区域使其包含模糊边缘部分。
受光照、离焦等因素的影响，图像在不同方向上具有不一样的灰度空间分布规律，为提高边界定位精度，建立一种三级灰度边缘模型，分别为背景级灰度l1、目标级灰度l2、边界级灰度l。建立如下边界模型，
Figure BDA0004136740650000071
其中，σb(xi,yi)为边缘坐标(xi,yi)处的边缘灰度分布模型的标准差，h为背景灰度，k为前景和背景的灰度差。根据提出的边缘模型，可以重新计算得到图像的Zernike矩公式(2)所示。
Figure BDA0004136740650000081
令
Figure BDA0004136740650000082
整理可得到，
Figure BDA0004136740650000083
其中，l1表示从图像原点到边缘部分下边界的距离，l2表示从图像原点到上边界的距离。Δk表示边缘区域灰度的均值。由A′00、A′11、A′20、A′31带入公式(4)可得子像素边缘lm表达式为，
Figure BDA0004136740650000084
由于光照不均、离焦等因素的影响，Δk与lD的非线性函数关系，利用上述模型，可得到Δk的表达式为lD＝f(Δk)，其中l1≤lD≤l2，因此
Figure BDA0004136740650000085
而实际图像边缘约束可得
Figure BDA0004136740650000086
所以利用数值计算可以解得lD。综上可得球形标靶成像的子像素边缘点的误差可由公式(6)进行补偿。
Figure BDA0004136740650000091
鉴于观测环境的复杂性，为剔除背景干扰像素粗差，提高球形标靶影像边缘的定位精度，步骤3)采用多次拟合椭圆算法对提取的边界像素进行滤波，剔除粗差干扰。椭圆曲线的方程为
x2+2Bxy+Cy2+2Dx+2Ey+F＝0 (7)
将提取到的边缘像素带入公式(7)，利用最小二乘原理解算关于五个参数A、B、C、D、E、F的最优解，并计算各边缘像素的拟合残差，将残差值较大的一部分边缘点去除掉。重复上述过程，直到残差均小于某一经验阈值，停止拟合椭圆，得到最优边界像素集M。
为得到球形标靶影像边界的准确椭圆率，步骤4)建立球形标靶在线阵相机中的成像模型，如图2。
由上图可建立关系式(8)，
Figure BDA0004136740650000092
则球形标靶边界长轴的理论值为Ll＝f(tan(θ+α)-tan(θ-α))，同理可推导出短轴的理论值为
Figure BDA0004136740650000093
则球形靶标投影椭圆的椭圆率为，
Figure BDA0004136740650000094
通常tanα的数值很小，当相机和球形标靶达到一定距离时可忽略不计。公式(9)可为，
Figure BDA0004136740650000095
另外，由公式(8)可求解标靶的方向角θ，
Figure BDA0004136740650000096
需要说明的是，当线阵相机扫描面过球心时，球形标靶的边界为圆形，即θ＝0，e＝1。
统计边界集M中的横轴、纵轴的最大值、最小值分别为xmax、xmin、ymax、ymin。线阵相机观测图像，仅横轴方向存在拉伸，在纵轴方向无拉伸。因此，由上述过程可得到图像的缩放比T，
Figure BDA0004136740650000101
获取准确的图像缩放比例T，步骤5)基于双线性插值法对拉伸图像完成缩放，图像缩放步骤如下：
①目标图像中的像素坐标(x,y)，可得到原图像中对应的像素坐标(X,Y),
Figure BDA0004136740650000102
②令
Figure BDA0004136740650000103
得到四个周围像素点坐标分别为/>
Figure BDA0004136740650000104
Figure BDA0004136740650000105
③利用双线性插值法，记
Figure BDA0004136740650000106
表示/>
Figure BDA0004136740650000107
处的像素值，/>
Figure BDA0004136740650000108
则目标点(x,y)处的像素为
Figure BDA0004136740650000109
综上所述过程，线阵相机采集全景图片存在景物拉伸的问题得到有效校正。
[图像、点云数据的配准融合]
三个相机的型号、尺寸、镜头都相同，因此三个相机在水平方向和竖直方向的角度分辨率相同。由三个相机像平面均平行于激光扫描仪的扫描面，且三个相机的扫描面共面。
对点云上某一点P(X0,Y0,Z0)，对每个相机进行像素投影。
参考图8，点云数据大致可分为两种类型，一种是仅与单张照片上的像素存在对应关系，如区域1、区域3、区域5；一种是与两张张片上的像素存在对应关系，如区域2、区域4。可根据点云的高度角划分照片的区域范围，这一过程可通过数据对比获得划分区间。
对区域1、区域3、区域5：
通过标定实验获得相机的中点(x0,y0)(y0为主点，x0为图像长度的一半)及其在激光雷达局部坐标系中的水平角和高度角(A0,H0)。该区域点N的坐标为(Xn,Yn,Zn)，将其单位化后可建立照片上的点与点云坐标间的转换关系，如公式(21).
Figure BDA0004136740650000111
其中a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为旋转矩阵参数与(A0,H0)有关。
Figure BDA0004136740650000112
进而可以结算出对应的像素坐标，如公式(23)。
Figure BDA0004136740650000113
最后将图片上像素点的RGB数值赋给点云，将点云赋予色彩。
对区域2、区域4：
通过与区域1、区域3、区域5中相同的处理过程，找到点坐标W(Xw,Yw,Zw)在上下两张照片中对应的像素坐标(xw1,yw1)、(xw2,yw2)。
Figure BDA0004136740650000114
Figure BDA0004136740650000115
获取图像中点(xw1,yw1)、(xw2,yw2)的RGB数值分别为(R1,G1,B1)、(R2,G2,B2)，照片的最大高度为hmax，两张照片重合的高度为Width。利用距离加权的方式计算得到(R,G,B)赋予点云色彩，如公式(26)。
Figure BDA0004136740650000121
本申请测量方法具有以下的优点：
1)多个线阵相机间的成像平面共面，均与激光扫描仪的扫描面平行，传感器间结构简单，点云与影像对应关系严密，点云赋色过程较为简单，仅需两次坐标旋转；
2)相机与激光扫描仪同步动态采集周围环境数据，成像清晰，采集速度快；
3)线阵相机连续动态成像，视场范围大，无需过长的曝光时间，图像无明显畸变，无需图像拼接，影像数据量较小，且无存储空间浪费，设备成本较低。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法，其特征在于，包括：
通过线阵相机采集图像数据，通过激光雷达采集点云数据，所述线阵相机的采集动作和激光雷达的采集动作保持同步，并且线阵相机采集数据时的扫描面与激光采集数据时的扫描面平行；
将所述图像数据进行校正；
将经过所述校正后的图像数据与所述点云数据进行配准融合。
2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于，所述线阵相机的数据采集动作和激光雷达的数据采集为周期性采集。
3.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于，所述线阵相机为由多个线阵相机单元所组合成，不同线阵相机单元的主光轴共面。
4.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于，所述校正包括：
利用Hough变换检测椭圆，并对球形靶标边缘进行粗提取，由像素级边缘确定感兴趣区域，并将区域扩大至包含模糊边缘部分；
建立三级灰度的边缘模型，利用Zernike矩与所述边缘模型进行子像素边缘定位；
重复拟合椭圆，并剔除残差超出阈值的边界像素，以达到优化边界的目的，再获取椭圆边缘点纵坐标、横坐标的最大值和最小值；
建立球形标靶的投影模型，得到理论上椭圆在横轴方向的像素个数和实际像素个数，进而获得图像缩放比；
根据所述图像缩放比，利用双线性插值法对待校正图像进行校正。
5.根据权利要求4所述测量方法，其特征在于，所述边缘模型，采用以下公式，
Figure FDA0004136740640000021
其中，l1为背景级灰度、l2为、l为边界级灰度，σb(xi,yi)为边缘坐标(xi,yi)处的边缘灰度分布模型的标准差，h为背景灰度，k为前景和背景的灰度差。
6.根据权利要求4所述测量方法，其特征在于，所述Zernike矩，采用以下公式，
Figure FDA0004136740640000022
其中，l1表示从图像原点到边缘部分下边界的距离，l2表示从图像原点到上边界的距离，Δk表示边缘区域灰度的均值。
7.根据权利要求4所述测量方法，其特征在于，所述投影模型，采用以下公式，
Figure FDA0004136740640000023
L1为球形靶标上的点A在像面上的投影点A'距像面中心O'的几何长度A'O'，同理L2为C'O'，L3为B'O'，θ为球形标靶中心相对于主光轴的高度角，f为线性相机的焦距。
8.根据权利要求4所述测量方法，其特征在于，通过以下公式获得图像缩放比，
Figure FDA0004136740640000024
其中，T为缩放比，xmax为边界集M的横轴最大值、xmin为边界集M的横轴最小值、ymax为边界集M的纵轴最大值、ymin为边界集M的纵轴最小值。
9.根据权利要求4所述测量方法，其特征在于，所述配准融合的方式为，将线阵相机的坐标系、激光雷达的点云坐标系通过坐标变换所得到。
10.根据权利要求9所述测量方法，其特征在于，所述坐标变换通过以下公式进行，
Figure FDA0004136740640000031
其中，P在相片中的像素坐标为(xp,yp)，点P在点云坐标系O-X′Y′Z′中的坐标为(XP,YP,ZP)，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为旋转矩阵参数，线性相机的图像竖直方向的角度分辨率为b，线性相机的图像水平方向的角度分辨率为a。
CN202310277178.XA 2023-03-17 2023-03-17 一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法 Pending CN116381712A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310277178.XA CN116381712A (zh) 2023-03-17 2023-03-17 一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310277178.XA CN116381712A (zh) 2023-03-17 2023-03-17 一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116381712A true CN116381712A (zh) 2023-07-04

Family

ID=86968623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310277178.XA Pending CN116381712A (zh) 2023-03-17 2023-03-17 一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116381712A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116990787A (zh) * 2023-09-26 2023-11-03 山东科技大学 基于机载激光雷达系统的扫描平台坐标系误差校正方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116990787A (zh) * 2023-09-26 2023-11-03 山东科技大学 基于机载激光雷达系统的扫描平台坐标系误差校正方法
CN116990787B (zh) * 2023-09-26 2023-12-15 山东科技大学 基于机载激光雷达系统的扫描平台坐标系误差校正方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107274336B (zh) 一种针对车载环境的全景图像拼接方法
EP1378790B1 (en) Method and device for correcting lens aberrations in a stereo camera system with zoom
CN103198487B (zh) 一种用于视频监控系统中的自动定标方法
CN105716542B (zh) 一种基于柔性特征点的三维数据拼接方法
CN111369630A (zh) 一种多线激光雷达与相机标定的方法
WO2012053521A1 (ja) 光学情報処理装置、光学情報処理方法、光学情報処理システム、光学情報処理プログラム
CN110830781B (zh) 一种基于双目视觉的投影图像自动校正方法及系统
CN106123798B (zh) 一种数字摄影激光扫描装置
CN110223226A (zh) 全景图像拼接方法及系统
JP4270949B2 (ja) キャリブレーションチャート画像表示装置、キャリブレーション装置、キャリブレーション方法
CN206460515U (zh) 一种基于立体标定靶的多路鱼眼相机标定装置
CN113884519B (zh) 自导航x射线成像系统及成像方法
CN116381712A (zh) 一种基于线阵相机与地面激光雷达组合装置的测量方法
CN112489137A (zh) 一种rgbd相机标定方法及系统
CN116625258A (zh) 链条间距测量系统及链条间距测量方法
CN113610929B (zh) 一种相机与多线激光的联合标定方法
CN113447241B (zh) 分割投影成像系统的快速定标方法及装置
CN113554709A (zh) 一种基于偏振信息的相机-投影仪系统标定方法
CN113624142A (zh) 一种飞机装配紧固件凹凸量检测方法
JPH04172213A (ja) 三次元形状測定装置の校正方法
CN114693807B (zh) 一种输电线路图像与点云的映射数据重构方法及系统
CN114993207B (zh) 基于双目测量系统的三维重建方法
CN113962853B (zh) 一种旋转线阵扫描图像位姿自动化精密解算方法
CN115018923A (zh) 一种全景环带镜头参数的检测方法及系统
CN206460512U (zh) 一种多路鱼眼相机标定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination