專利名稱：一種三維場中空間位置分光測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電測量技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種用于測量三維場中空間位置的裝置和 方法。
背景技術(shù)：
三維場中空間位置測量技術(shù)是三維空間測量的基礎(chǔ)，通過測量空間位置進而可得 到三維空間位置矢量場、速度場等。而通過光電技術(shù)測量三維空間是與其他技術(shù)相比最具 有方便和有效的手段，但通過光電技術(shù)測量還存在很多復(fù)雜的困難?，F(xiàn)有技術(shù)中常采用兩 個CCD相機進行測量的技術(shù)，但該方法不但用兩個CCD相機，而且還存在CCD相機幾何標定 鏡頭中線性誤差、光路復(fù)雜、成本高等問題，如何解決上述問題，目前還未見有關(guān)文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種三維場中空間位置分光測量方法及裝置，其目的是通 過分光法使物點的光線經(jīng)濾光鏡后分成紅綠兩束光，并成像在同一 CCD相機底片上，經(jīng)過 標定、坐標轉(zhuǎn)換、計算，進而確定該物點在空間的位置坐標。技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種三維場中空間位置分光測量方法，其特征在于首先將需要測量三維場中空 間位置的發(fā)光物點，通過不同顏色的兩個濾光鏡，分成兩色光線；其中一色光線通過棱鏡、 平面反射鏡的透射和反射進到CCD相機的鏡頭里；另一色光線直接通過棱鏡的透射和反射 進到CCD相機的鏡頭里；這兩色光線在CCD相機的底片上形成兩個不同顏色的像點，而這個 物體在三維場中的空間位置與這兩個不同顏色的像點是一種一一對應(yīng)關(guān)系，從而確定了這 個物體在三維場中空間位置的坐標。分成兩色光線中的一色光線是通過直角棱鏡、平面反射鏡和立方棱鏡的透射和反 射進到CCD相機的鏡頭里；而另一色光線是直接通過直角棱鏡和立方棱鏡的透射和反射進 到CXD相機的鏡頭里。對于獲得相機內(nèi)的參數(shù)及減小系統(tǒng)誤差的處理中，采用網(wǎng)格標定法，即在測量空 間用一標準網(wǎng)格在兩個不同的位置上得到網(wǎng)格上的節(jié)點與對應(yīng)相片上像素點，通過查表插 值法或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對圖像坐標進行變換，直接得到真實坐標。兩個不同顏色的濾光鏡分別為能夠計算機識別的紅色濾光鏡與綠色濾光鏡或紅 色濾光鏡與藍色濾光鏡組合。一種如上所述的三維場中空間位置分光測量裝置，其特征在于在該裝置的前端 設(shè)有兩個不同顏色的濾光鏡，與這兩個不同顏色的濾光鏡相對應(yīng)的位置分別設(shè)有棱鏡，與 其中的一個棱鏡相對應(yīng)的位置設(shè)有一個平面反射鏡；另一棱鏡和平面反射鏡共同相對應(yīng)的 位置還設(shè)有一個棱鏡，一個CXD相機設(shè)置在與該棱鏡相對應(yīng)的位置上。與濾光鏡相對應(yīng)設(shè)置的棱鏡為直角棱鏡；而與棱鏡和平面反射鏡共同相對應(yīng)的位 置設(shè)置的立方棱鏡。
兩個不同顏色的濾光鏡分別為能夠計算機識別的紅色濾光鏡與綠色濾光鏡或紅 色濾光鏡與藍色濾光鏡組合。優(yōu)點及效果
本發(fā)明的有益效果為利用分光原理將場中發(fā)光物點的光線分成不同顏色的兩束 光線，經(jīng)光學(xué)設(shè)計使其在同一 C⑶相片上成像，一次曝光獲得一對立體像對，相比普通立體 攝像測量，節(jié)省一架相機，節(jié)約成本。通過這兩個不同顏色的像點從而確定了這個物體在三 維場中空間位置的坐標；并通過網(wǎng)格標定的方法改善了以往幾何標定鏡頭中線性誤差用多 項式補償?shù)确椒ǖ牟蛔?，解決了系統(tǒng)誤差問題。此方法結(jié)構(gòu)簡單、精度高、操作性強、測量彈 性大。


圖1為本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為像點在標準位置處成像的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為像點在較遠位置處成像的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為像點在較近位置處成像的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為像點在三維場中空間位置的真實坐標圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述首先介紹各附圖中的標注1、發(fā)光物點；2、紅色濾光鏡；3、綠色濾光鏡；4、直角棱 鏡；5、平面反射鏡；6、立方棱鏡；7、C⑶相機；8、底片；9、像點；91、綠色像點；92、紅色像點。本發(fā)明是采用光電技術(shù)測量物體在三維場空間位置的測量方法和裝置。該裝置 包括兩種不同顏色的濾光鏡(這里指紅色濾光鏡2和綠色濾光鏡3)；、平面反光鏡、直角 棱鏡、立方棱鏡和CCD相機組成。發(fā)光物點分別通過紅濾光鏡和綠濾光鏡，經(jīng)直角棱鏡、平 面玻璃鏡、立方棱鏡在CXD相機上成像。由于發(fā)光物點在三維場中空間位置不同，經(jīng)分光 的紅、綠兩束光線在相片上成像兩個紅、綠像點。三維場中一個物點與兩個紅、綠像點建立 一一對應(yīng)關(guān)系，從而可確定三維場中空間位置坐標。如圖1中的發(fā)光物點1為標準距離，成 像的兩個紅、綠像點重合為一個黃色像點9 ；而當圖2中的發(fā)光物點1遠于圖1中的發(fā)光物 點1的標準距離，底片8上成像的兩個像點為左邊是綠色像點91，右邊是紅色像點92 ；圖3 正好與圖2相反，發(fā)光物點1近于標準距離，左邊是紅色像點92，右邊是綠色像點91。底片 上形成兩個紅、綠像點之間的距離和位置關(guān)系與三維場中的發(fā)光物點為一一對應(yīng)關(guān)系，所 以僅從底片上兩個發(fā)光像點的位置關(guān)系就能夠確定三維場中的發(fā)光物點的位置關(guān)系。兩個不同顏色的濾光鏡分別為能夠計算機識別的紅色濾光鏡與綠色濾光鏡或紅 色濾光鏡與藍色濾光鏡組合。本發(fā)明還可以建立發(fā)光物點在三維場中真實的坐標系。如圖5所示，空間的發(fā)光物點p(x、y、z)通過紅濾光鏡(紅光等效投影中心在三維 空間的坐標為(xK、yK、zK))成像在底片上，其像點坐標為(pxK，PyK)，底片平面在三維空間上 的方程為ζ = Zp，將像點坐標轉(zhuǎn)換成實際三維空間坐標為(xpK、ypE> zp)，其建立的空間直線 方程Ie為
同樣，空間物點p(x、y、z)，通過綠濾光鏡(綠光等效投影中心在三維空間的坐標 為(X^ypze))成像在底片上。其像點坐標為(Pxe，Pye)，也在ζ = Zp平面上，將像點坐標轉(zhuǎn) 換成實際三維空間坐標為(Xpe、yp(;、Zp)，其建立的空間直線方程Ie為 求解Ik與Ie的交點即為p(x、y、ζ)。當空間兩直線不相交時，取兩空間直線的公 垂線中點即為P點坐標。對于相機內(nèi)參數(shù)的獲得及系統(tǒng)誤差的處理，采用網(wǎng)格標定法，即在測量空間用一 標準網(wǎng)格在兩個不同的位置上得到網(wǎng)格上的節(jié)點與對應(yīng)相片上像素點，通過查表插值法或 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對圖像坐標進行變換，直接得到真實坐標。
權(quán)利要求
一種三維場中空間位置分光測量方法，其特征在于首先將需要測量三維場中空間位置的發(fā)光物點，通過不同顏色的兩個濾光鏡，分成兩色光線；其中一色光線通過棱鏡、平面反射鏡的透射和反射進到CCD相機的鏡頭里；另一色光線直接通過棱鏡的透射和反射進到CCD相機的鏡頭里；這兩色光線在CCD相機的底片上形成兩個不同顏色的像點，而這個物體在三維場中的空間位置與這兩個不同顏色的像點是一種一一對應(yīng)關(guān)系，從而確定了這個物體在三維場中空間位置的坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維場中空間位置分光測量方法，其特征在于分成兩色光 線中的一色光線是通過直角棱鏡、平面反射鏡和立方棱鏡的透射和反射進到CCD相機的鏡 頭里；而另一色光線是直接通過直角棱鏡和立方棱鏡的透射和反射進到CCD相機的鏡頭 里。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維場中空間位置分光測量方法，其特征在于對于獲得相 機內(nèi)的參數(shù)及減小系統(tǒng)誤差的處理中，采用網(wǎng)格標定法，即在測量空間用一標準網(wǎng)格在兩 個不同的位置上得到網(wǎng)格上的節(jié)點與對應(yīng)相片上像素點，通過查表插值法或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 法對圖像坐標進行變換，直接得到真實坐標。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維場中空間位置分光測量方法，其特征在于兩個不同顏 色的濾光鏡分別為能夠計算機識別的紅色濾光鏡與綠色濾光鏡或紅色濾光鏡與藍色濾光 鏡組合。
5.一種如權(quán)利要求1所述的三維場中空間位置分光測量裝置，其特征在于在該裝置 的前端設(shè)有兩個不同顏色的濾光鏡，與這兩個不同顏色的濾光鏡相對應(yīng)的位置分別設(shè)有棱 鏡，與其中的一個棱鏡相對應(yīng)的位置設(shè)有一個平面反射鏡(5)；另一棱鏡和平面反射鏡(5) 共同相對應(yīng)的位置還設(shè)有一個棱鏡，一個CCD相機(7)設(shè)置在與該棱鏡相對應(yīng)的位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維場中空間位置分光測量裝置，其特征在于與濾光鏡相 對應(yīng)設(shè)置的棱鏡為直角棱鏡(4)；而與棱鏡(4)和平面反射鏡(5)共同相對應(yīng)的位置設(shè)置 的立方棱鏡(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維場中空間位置分光測量裝置，其特征在于兩個不同顏 色的濾光鏡分別為能夠計算機識別的紅色濾光鏡(2)與綠色濾光鏡(3)或紅色濾光鏡(2) 與藍色濾光鏡組合。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電測量技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種用于測量三維場中空間位置的裝置和方法。其特征在于它包括紅濾光鏡、綠濾光鏡、直角棱鏡、平玻璃反射鏡、立方棱鏡和CCD相機，利用分光原理，將發(fā)光物點通過紅濾光鏡、綠濾光鏡分成兩色光，并利用直角棱鏡、平玻璃反射鏡、立方棱鏡將兩束光在同一CCD相機上成像，由于三維場中的這個發(fā)光物點與兩個紅、綠像點為一一對應(yīng)關(guān)系，從而可確定三維場中發(fā)光物點空間位置坐標。并通過網(wǎng)格標定的方法改善了以往幾何標定鏡頭中線性誤差用多項式補償?shù)确椒ǖ牟蛔悖鉀Q了系統(tǒng)誤差問題。此方法結(jié)構(gòu)簡單、精度高、操作性強、測量彈性大。
文檔編號G01B11/00GK101865654SQ20101017909
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者李勤, 李忠科, 李福寶, 王德喜 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)