[發明專利]一種超高速實時三維視覺測量裝置及方法

有效

• 申請號: 200910089727.0
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN101603812A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 張廣軍;孫軍華;劉震;魏振忠;劉謙哲
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/03;G01B11/25
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 張穎玲;王黎延

技術領域

本發明涉及視覺測量技術，尤其是涉及一種超高速實時三維視覺測量裝置及方法。?

背景技術

結構光視覺是精密測試技術領域中具有發展潛力的高新技術之一，已成為測量物體三維信息的最有效途徑之一。結構光視覺通過向被測物體投射具有高亮度和一定結構模式的激光束，從而在被測物表面上形成由表面三維信息所調制的變形光條特征，然后，采用面陣攝像機拍攝被調制的變形光條特征，形成包含被測物體表面三維信息的視覺圖像。對視覺圖像中各種特征信息進行處理、分析和計算，就可以實現對被測物體三維幾何尺寸、形狀及位置的測量。結構光視覺測量以其非接觸、自動化程度高、速度較快、精度較高、柔性好等優點，具有廣泛的應用，特別是在幾何量動態在線測量領域具有明顯的優勢。?

由于現有結構光視覺技術采用面陣攝像機來獲得光條圖像，因此，會受圖像數據量大以及光條圖像處理速度的限制，現有結構光視覺數據的更新率不能滿足高動態三維測量的要求，例如：當需要實現對發動機振動、轉子跳動等超高速實時測量時，現有結構光視覺技術往往無法勝任。?

現有技術中，激光位移傳感器能實現超高速實時的位移測量。具體來說，激光位移傳感器一般由線陣攝像機和點投射激光器組成，采用激光三角法獲得激光光束上被測物體某點的位移。由于激光位移傳感器采用線陣攝像機，幀頻可以達到很高，且圖像數據量小，因此，可實現超高速實時位移測量。但是，采用激光位移傳感器僅僅能獲得沿激光光束方向上被測物的位移，屬于一維測量，也就是說，激光位移傳感器目前只能實現一維測量，而不能實現三維測量。?

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種超高速實時三維視覺測量裝置及方法，能夠實現超高速實時三維視覺測量。?

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：?

本發明提供了一種超高速實時三維視覺測量裝置，包括：面陣攝像機、一個以上激光位移傳感器；其中，?

面陣攝像機，用于拍攝靶標圖像，得到靶標坐標系到攝像機坐標系之間的變換關系；?

激光位移傳感器，用于投射激光光線到靶標上形成光點，得到測量基準點，基于處于不同位置的靶標，獲得激光光線在攝像機坐標系作為全局坐標系下的空間直線方程；投射激光光線到被測物形成光點，根據被測光點與測量基準點之間的線段長度，計算出所述被測光點對應的參數t的值；再將t代入空間直線方程，獲得所述被測光點在全局坐標系下的坐標。?

上述方案中，所述激光位移傳感器進一步包括激光器、鏡頭、成像器件以及信號處理器；其中，激光器，用于發射激光光線；鏡頭，用于將激光器發出的激光形成光束，投射到被測物上，形成光點，并最終成像在成像器件上；成像器件，用于成像激光器經過鏡頭投射在被測物上的激光光點；信號處理器，用于產生驅動信號使成像器件正常工作，并根據光點在成像器件上的像點位置及三角幾何關系，計算被測物的位移大小并輸出。?

上述方案中，所述面陣攝像機與所述激光位移傳感器中的激光器構成三維視覺傳感器；所述成像器件與信號處理器構成線陣攝像機；所述鏡頭為透鏡。?

上述方案中，所述一臺面陣攝像機與一個激光位移傳感器構成單點超高速實時三維視覺測量裝置；所述一臺面陣攝像機與一個以上激光位移傳感器構成多點超高速實時三維視覺測量裝置。?

本發明還提供了一種超高速實時三維視覺測量方法，包括：?

設置全局坐標系；?

將平面靶標放置在第一位置，一個以上激光位移傳感器分別發射激光光線投射到平面靶標上，分別形成光點，將此光點作為測量基準點；面陣攝像機拍攝平面靶標圖像，得到靶標坐標系到攝像機坐標系的變換關系；提取靶標特征點圖像坐標，獲得平面靶標上光點在靶標坐標系下的坐標；再將靶標坐標系下的坐標轉換為攝像機坐標系下的坐標；?

將平面靶標移動放置到第二位置，一個以上激光位移傳感器分別發射激光光線投射到平面靶標上，分別形成光點；面陣攝像機再次拍攝平面靶標圖像，計算平面靶標上光點在攝像機坐標系下的坐標；求出激光光線在攝像機坐標系下的空間直線方程；?

基于獲得的三維測量基準點和空間直線方程，根據被測光點與測量基準點之間的線段長度，計算出所述被測光點對應的參數t的值；再將t代入空間直線方程，獲得所述被測光點在全局坐標系下的坐標。?

其中，所述設置全局坐標系為：將攝像機坐標系作為全局坐標系。?