[發明專利]一種基于激光探針陣列的三維測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201110322563.9
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102506748A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李志揚
• 申請（專利權）人: 李志揚
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬于三維測量領域，更具體地涉及一種基于激光探針陣列的三維測量方法，還涉及一種基于激光探針陣列的三維測量裝置。適用于機器人、智能駕駛和障礙物探測的快速三維坐標測量，靜態高精度工業零部件三維測量等。

背景技術

普通相機通過光學鏡頭把物體投影到像面，并采用膠片或CCD/CMOS圖像傳感器進行記錄，由此拍攝的照片是二維的，深度信息丟失了。但是隨著智能機器人、安全無人駕駛等領域的快速發展，對深度信息的需求越來越大，迫切需要快速采集場景的三維坐標信息。目前有很多深度信息或三維坐標的測量方法，但是在測量速度、或測量范圍、或測量精度、或抗干擾性等方面還不能充分地滿足上述需求。例如，基于激光三角法的測量技術和基于飛行時間的激光掃描技術一般采用點對點測量方式，不能快速提供大面積的三維坐標；激光干涉測量技術盡管精度很高，但易于受激光噪聲和振動干擾，而且測量面積較小；再如各種結構光投影測量技術盡管具有較好的測量精度，但測量深度和寬度一般不超過5米，同時經常產生陰影遮斷間題；基于雙鏡頭的立體視覺測量技術簡單易行，不需要主動發光，但立體匹配復雜、處理時間長，特別是對于結構特征不明顯的區域，立體匹配無法進行，導致三維重建噪聲大。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述不足，在于提供了一種基于激光探針陣列的三維測量方法，還提供了一種基于激光探針陣列的三維測量裝置，能夠快速采集深度信息，能耗低。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于激光探針陣列的三維測量方法，包括以下步驟：

步驟1、設置二維相機的光學鏡頭的光學中心為坐標原點，二維相機的光學鏡頭的光軸為Z軸，X軸垂直于Z軸，X軸Z軸平面為水平面，Y軸垂直于X軸Z軸平面；在X軸上設置第一激光探針發生器，第一激光探針發生器的光軸平行于Z軸，二維相機監測第一激光探針發生器發出的激光探針在被測物體表面的反射，其中第一激光探針發生器為數字光學位相共軛裝置或全息再現裝置；

步驟2、設定第一激光探針發生器發出的激光探針陣列在垂直于Z軸的預定聚焦平面上的預定聚焦點，得到激光探針陣列中每根激光探針的預定聚焦點坐標；

步驟3、根據預定聚焦點坐標把第一激光探針發生器發出的激光探針陣列聚焦到預定聚焦點；

步驟4、利用第一激光探針發生器發出的聚焦在預定聚焦點的激光探針對二維相機進行標定，將一平面物體垂直于Z軸放置在預定聚焦點所在聚焦平面，二維相機所拍攝的反射像斑的位置即為第一激光探針發生器發出的激光探針的預定成像位置；

步驟5、利用步驟3中聚焦產生的激光探針陣列照射待測物體，并用步驟4中標定后的二維相機拍攝記錄激光探針在待測物體表面的反射，得到檢測圖片；

步驟6、根據步驟4中得到的每根激光探針的預定成像位置對步驟5得到的檢測圖片進行反射激光探針像斑的搜索，如果存在反射激光探針像斑，則根據反射激光探針像斑偏離設定為搜索中心的預定成像位置的像素距離計算待測物體表面到X軸Y軸平面的縱向距離Z，對所有預定成像位置搜索完畢后返回步驟5。

如上所述步驟2中的設定預定聚焦點包括以下步驟：

步驟2.1、設定Z軸最近測量點和Z軸最遠測量點，預定聚焦平面的數目至少為一個，設置第1個預定聚焦平面的Z軸坐標，使其二分之一小于等于Z軸最近測量點的Z軸坐標，其余預定聚焦平面設置在Z軸最近測量點和Z軸最遠測量點之間；

步驟2.2、設置最小探測物體寬度Wmin；

步驟2.3、將每個預定聚焦平面上的預定聚焦點在二維相機的視場范圍內沿Y軸方向分為N行，每行的預定聚焦點沿平行于X軸方向按固定間隔ΔX排列，每行預定聚焦點的數量等于二維相機在該預定聚焦平面位置的視場寬度W除以固定間隔ΔX后取整數并加一，而預定聚焦點的行數N等于固定間隔ΔX除以最小探測物體寬度Wmin后取整數并加一；所述固定間隔ΔX大于第一激光探針發生器的光學中心離二維相機的光學鏡頭的光學中心的距離的二倍；

步驟2.4、在每個預定聚焦平面上將每行預定聚焦點沿X軸方向均勻錯開排列；

步驟2.5、若步驟2.1至步驟2.4所設定的預定聚焦點的總數目大于激光探針發生器所能產生的總的激光探針數目，則減少步驟2.1中設定的預定聚焦平面的數目，或者增大步驟2.2中的最小探測物體寬度Wmin，并返回步驟2.3。