[發(fā)明專利]視覺測量儀和視覺測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710044344.6
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106840108B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 董嵐;王銅;羅濤;梁靜;朱洪巖;門玲鸰;李波;王小龍;馬娜;何振強;柯志勇
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞中子科學中心
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C5/00
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕

1.一種視覺測量儀,包括機身(1)，

其特征在于，還包括：

水平度盤(2)，該水平度盤連接在所述機身上，并能夠繞其豎直布置的中心軸旋轉(zhuǎn)運動；

垂直度盤(3)，該垂直度盤連接在所述機身上，并能夠繞其水平布置的中心軸旋轉(zhuǎn)運動；

固定在所述垂直度盤上且相互連接的鏡頭(4)和圖像傳感器(5)；以及

與所述機身固定的水平傳感器(6)；

所述水平度盤(2)的中心軸和所述鏡頭(4)的主光軸均分別垂直于所述垂直度盤(3)的中心軸，并且所述水平度盤(2)的中心軸、鏡頭(4)的主光軸和垂直度盤(3)的中心軸相交于一點，所述鏡頭(4)的主光軸與所述圖像傳感器(5)的像平面垂直相交，所述圖像傳感器(5)的感光單元陣列的行陣與所述垂直度盤(3)的中心軸平行，所述圖像傳感器(5)的感光單元陣列的列陣與所述垂直度盤(3)的中心軸垂直，所述水平傳感器(6)的中心軸與所述水平度盤(2)的中心軸平行。

2.如權(quán)利要求1所述的視覺測量儀,其特征在于，所述機身(1)上設置有與所述水平度盤(2)傳動連接的水平方向調(diào)節(jié)旋鈕(7)。

3.如權(quán)利要求1所述的視覺測量儀,其特征在于，所述機身(1)上設置有與所述垂直度盤(3)傳動連接的垂直方向調(diào)節(jié)旋鈕(8)。

4.如權(quán)利要求1所述的視覺測量儀,其特征在于，所述機身(1)上設置有與所述圖像傳感器(5)、所述水平度盤(2)、所述垂直度盤(3)和所述水平傳感器(6)均相連的顯示屏(9)。

5.如權(quán)利要求1所述的視覺測量儀,其特征在于，所述機身(1)通過設于所述水平度盤(2)底部的三爪連接件鎖緊固定在一儀器支架上。

6.一種視覺測量方法，其特征在于，該方法利用權(quán)利要求1-5中任一所述的視覺測量儀實施，定義所述水平度盤(2)中心軸、所述鏡頭(4)主光軸和所述垂直度盤(3)中心軸的交點為儀器中心點，定義所述鏡頭(4)的主光軸與所述圖像傳感器(5)的像平面的交點為像主點，所述像主點到所述儀器中心點的距離為已知距離，該方法包括以下步驟：

1)將視覺測量儀布置在第一測量站位，利用所述水平傳感器(6)將視覺測量儀調(diào)整至水平；

2)將所述鏡頭(4)對準要測量的目標物進行拍攝，所述圖像傳感器(5)獲取目標的圖像；而且在拍攝測量過程中，轉(zhuǎn)動所述水平度盤(2)和所述垂直度盤(3)，而使所述鏡頭(4)的主光軸繞所述垂直度盤(3)的中心軸和所述水平度盤(2)的中心軸轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一個位置拍攝一張圖像，從而在同一個測量站位拍攝得到多張目標物的圖像；每次拍攝時，均記錄拍攝的數(shù)字圖像、水平度盤和垂直度盤的角度信息、以及水平傳感器的姿態(tài)信息；

3)將視覺測量儀搬至下一個測量站位，重復上述步驟1)和步驟2)；

4)如此重復上述步驟3)若干次，從而在多個測量站位對目標物進行拍攝；

5)多站測量完成后，將所有單站拍攝的圖像以及單站拍攝圖像時的水平角、垂直角和水平傳感器的姿態(tài)信息一起進行整體計算；全局坐標系下目標點的坐標(X,Y,Z)與其在圖像傳感器的投影點在視覺測量儀的圖像坐標系下的坐標(u,v)數(shù)學關(guān)系式為：

上式中，矩陣M1為視覺測量儀的內(nèi)部參數(shù)矩陣，其中的參數(shù)只與視覺測量儀的圖像傳感器和鏡頭有關(guān)；矩陣M2為視覺測量儀的外部參數(shù)矩陣，為圖像坐標系與全局坐標系的平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)，以及水平度盤、垂直度盤的角度信息和水平傳感器的姿態(tài)信息；(u，v)為圖像坐標系下的像素點坐標，即在圖像像素平面上建立直角坐標系，該直角坐標系以圖像左上角的點為圖像坐標系的坐標原點，坐標單位為像素，(u，v)表示像素點在圖像上的行數(shù)和列數(shù)；dx和dy為每一個像素分別在行向和列向上的物理尺寸；u0和v0為像主點在圖像坐標系下的坐標；f為鏡頭的有效焦距；R為一個3*3階旋轉(zhuǎn)矩陣；T為一個3*1階平移矩陣；X、Y、Z為被測目標在全局坐標系下的坐標值；ρ為中間過渡參數(shù)。

7.如權(quán)利要求6所述的視覺測量方法，其特征在于，在前面視覺測量儀測量站位上安放儀器中心點標志，所述儀器中心點標志的中心點與所述儀器中心點在空間上重合，后一測量站位上的視覺測量儀對前面站位上的儀器中心點標志進行觀測拍攝。