一種激光攝影測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種激光攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量裝置和標(biāo)定裝置，測(cè)量裝置包括底座、支架及計(jì)算機(jī)；所述支架轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在底座上，在支架上設(shè)置有相機(jī)、激光測(cè)距儀和線激光發(fā)射器，激光測(cè)距儀與線激光發(fā)射器位于同一垂線上，在激光測(cè)距儀的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置兩臺(tái)所述的相機(jī)，所述計(jì)算機(jī)分別與相機(jī)、激光測(cè)距儀、線激光發(fā)射器電連接；標(biāo)定裝置包括三個(gè)物方板和均布設(shè)置的物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)。通過測(cè)量裝置和標(biāo)定裝置，利物方板和物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)，通過相機(jī)拍照以及后續(xù)編寫的相應(yīng)程序，可以有效實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)相機(jī)的精確標(biāo)定，且該相機(jī)標(biāo)定方法步驟簡(jiǎn)單，易于操作，為后續(xù)的激光攝影測(cè)量提供了可靠的基礎(chǔ)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種激光攝影測(cè)量系統(tǒng)，屬于測(cè)量裝置標(biāo)定方法

技術(shù)介紹
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，攝影測(cè)量與三維重構(gòu)技術(shù)在機(jī)器人視覺、工業(yè)制造、工程建筑、文物保護(hù)和醫(yī)學(xué)圖像分析等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相比于利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等接觸式測(cè)量?jī)x器對(duì)實(shí)物外表面進(jìn)行測(cè)量，激光掃描等非接觸式測(cè)量利用非接觸的光電方法對(duì)曲面的三維形貌進(jìn)行快速測(cè)量，具有非接觸、速度快、精度高、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)工程等領(lǐng)域有著一定的應(yīng)用前景。在測(cè)量過程中，基于視覺傳感器(如攝像機(jī))獲取的圖像，建立二維像點(diǎn)與三維物點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用圖像中的二維數(shù)據(jù)反算出對(duì)應(yīng)的三維物體的形貌和相關(guān)位置等信息。要想獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，首先需要設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)具有較高的精度；其次建立二維像點(diǎn)與三維物點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也即攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)，又包括攝像機(jī)建模與攝像機(jī)標(biāo)定方法。相機(jī)標(biāo)定主要是標(biāo)定相機(jī)固有的內(nèi)部幾何參數(shù)和相機(jī)相對(duì)物方坐標(biāo)之間的位置關(guān)系等外部參數(shù)，其標(biāo)定結(jié)果的好壞直接決定測(cè)量得到的三維坐標(biāo)點(diǎn)的精確程度，尤其是對(duì)度量領(lǐng)域，因此需要研究相機(jī)的標(biāo)定方法和研制相應(yīng)的裝置。目前相機(jī)標(biāo)定技術(shù)根據(jù)解算相機(jī)內(nèi)部幾何參數(shù)和外部位置關(guān)系參數(shù)時(shí)所使用的方法，將其分為線性方法、非線性方法和自標(biāo)定方法。線性方法如直接線性變換方法(DLT變換)，根據(jù)環(huán)境點(diǎn)與相機(jī)圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的關(guān)系，通過線性方法求得線性模型參數(shù)，進(jìn)而建立線性模型來描述相機(jī)的成像過程，該方法估計(jì)相機(jī)參數(shù)過程效率較高，但是沒有考慮成像過程中的非線性畸變問題，因此精度較低。非線性方法對(duì)提高攝像機(jī)標(biāo)定精度提供了一條很好的途徑，非常適合于多參數(shù)的非線性畸變模型的標(biāo)定，在能提供較好初值的情況下，能更好地模擬和補(bǔ)償各種像差，可以較快地收斂，得到高精度優(yōu)化結(jié)果，但是它對(duì)標(biāo)定時(shí)攝像機(jī)模型參數(shù)的初始值要求較高，計(jì)算量大，計(jì)算速度慢。自標(biāo)定方法在場(chǎng)景未知和相機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)未知的情況下也可以標(biāo)定相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，在標(biāo)定過程中僅依靠多幅圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行，其靈活性高、應(yīng)用廣泛，但是標(biāo)定的過程主要是基于絕對(duì)二次曲線和絕對(duì)二次曲面方法，此外還需要求解多元非線性方程，因此只適用于一些對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。造成目前所采用的標(biāo)定方法存在上述問題的原因主要是其對(duì)應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)較為復(fù)雜。不同的測(cè)量系統(tǒng)需要采用不同的標(biāo)定方法來標(biāo)定，因此為了將標(biāo)定方法簡(jiǎn)單化，盡可能避免復(fù)雜標(biāo)定方法造成的標(biāo)定誤差，首先需要使設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單，然后在針對(duì)設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)定方法。此外，針對(duì)大型的被測(cè)物，實(shí)際測(cè)量時(shí)往往是利用多臺(tái)相機(jī)同時(shí)測(cè)量，而多臺(tái)相機(jī)之間沒有相對(duì)位置關(guān)系，因此需要單獨(dú)對(duì)每臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，這樣就增加了標(biāo)定工作量，同時(shí)還會(huì)增加標(biāo)定誤差，造成測(cè)量精度降低。所以在設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)及標(biāo)定方法時(shí)還應(yīng)考慮同時(shí)標(biāo)定兩臺(tái)及以上的相機(jī)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提供一種激光攝影測(cè)量系統(tǒng)。本技術(shù)的技術(shù)方案如下：一種激光攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括底座、支架及計(jì)算機(jī)；所述支架設(shè)置在底座上，在支架上設(shè)置有相機(jī)、激光測(cè)距儀和線激光發(fā)射器，激光測(cè)距儀與線激光發(fā)射器位于同一垂線上，在激光測(cè)距儀的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置兩臺(tái)所述的相機(jī)，所述計(jì)算機(jī)分別與相機(jī)、激光測(cè)距儀、線激光發(fā)射器電連接。優(yōu)選的，所述支架的底部設(shè)置有水平分度盤。此設(shè)計(jì)的好處在于，當(dāng)旋轉(zhuǎn)支架時(shí)，通過水平分度盤能夠清楚直觀地觀察到支架旋轉(zhuǎn)的角度。優(yōu)選的，所述激光攝影測(cè)量系統(tǒng)還包括標(biāo)定裝置，所述標(biāo)定裝置包括物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)和三個(gè)物方板，三個(gè)物方板的外形均為正方形，三個(gè)物方板前后依次同軸平行設(shè)置且三個(gè)物方板的邊長(zhǎng)依次增大，在每個(gè)物方板上設(shè)置八個(gè)所述的物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)，八個(gè)物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)按如下方式分布：在每條邊的中點(diǎn)設(shè)置一個(gè)物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在相鄰兩條邊的交點(diǎn)設(shè)置一個(gè)物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)。優(yōu)選的，所述三個(gè)物方板的尺寸分別為：100mm×100mm×10mm，200mm×200mm×10mm，300mm×300mm×10mm。優(yōu)選的，所述物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)采用直徑5mm的圓形薄片。優(yōu)選的，所述標(biāo)定裝置還包括導(dǎo)軌，三個(gè)物方板通過滑動(dòng)支架設(shè)置在導(dǎo)軌上。此設(shè)計(jì)的好處在于，將三個(gè)物方板通過底部的滑動(dòng)支架安裝在導(dǎo)軌上，方便調(diào)節(jié)三個(gè)物方板之間的間距。該激光攝影測(cè)量系統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定方法，包括以下步驟，(1)將測(cè)量裝置放置在標(biāo)定裝置的正前方，建立物方坐標(biāo)系，并記錄各物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)在物方坐標(biāo)系下的物方坐標(biāo)(Xci，Yci，Zci)(i＝1,2…24)；(2)通過計(jì)算機(jī)控制相機(jī)對(duì)三個(gè)物方板拍照，得到物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)內(nèi)部執(zhí)行程序識(shí)別出圖像數(shù)據(jù)中物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)在相機(jī)的像坐標(biāo)系下的實(shí)際像坐標(biāo)(x0i,y0i)(i＝1,2…24)；(3)對(duì)每臺(tái)相機(jī)的9個(gè)相機(jī)參數(shù)賦初值，9個(gè)相機(jī)參數(shù)包括相機(jī)的線坐標(biāo)(Xs，Ys，Zs)、角坐標(biāo)像主點(diǎn)相對(duì)于影像中心的位置x0、y0和焦距f，各參數(shù)初始化賦值如下：Xs＝(∑Xci)/24，Ys＝(∑Yci)/24，Zs＝(∑Zci)/24；利用相機(jī)角坐標(biāo)的初始值確定旋轉(zhuǎn)矩陣R：(4)根據(jù)公式(2)計(jì)算各物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)(Xi,Yi,Zi)(i＝1,2…24)在像坐標(biāo)系下的理論像坐標(biāo)(xi，yi)(i＝1,2…24)， x i - x 0 = - f a 1 ( X i - X S ) + b 1 ( Y i - Y S ) + c 1 ( Z i - Z S 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種激光攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置包括底座、支架及計(jì)算機(jī)；所述支架設(shè)置在底座上，在支架上設(shè)置有相機(jī)、激光測(cè)距儀和線激光發(fā)射器，激光測(cè)距儀與線激光發(fā)射器位于同一垂線上，在激光測(cè)距儀的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置兩臺(tái)所述的相機(jī)，所述計(jì)算機(jī)分別與相機(jī)、激光測(cè)距儀、線激光發(fā)射器電連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種激光攝影測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置包括底座、
支架及計(jì)算機(jī)；所述支架設(shè)置在底座上，在支架上設(shè)置有相機(jī)、激光測(cè)距儀和線激光發(fā)
射器，激光測(cè)距儀與線激光發(fā)射器位于同一垂線上，在激光測(cè)距儀的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置兩臺(tái)
所述的相機(jī)，所述計(jì)算機(jī)分別與相機(jī)、激光測(cè)距儀、線激光發(fā)射器電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的激光攝影測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述支架的底部設(shè)置有水
平分度盤。
3.如權(quán)利要求1所述的激光攝影測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述激光攝影測(cè)量系統(tǒng)還
包括標(biāo)定裝置，所述標(biāo)定裝置包括物方標(biāo)識(shí)點(diǎn)和三個(gè)物方板，三個(gè)物方板的外形均為正
方形，三個(gè)物方板前后依次同軸平行設(shè)置...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李學(xué)藝，呂永剛，王寧寧，趙丹丹，韓文廣，張慶雪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東科技大學(xué)，
類型：新型
國(guó)別省市：山東;37