基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于線結(jié)構(gòu)光掃描測量技術(shù)領(lǐng)域，具體基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]線結(jié)構(gòu)光掃描測量裝置是由激光器向被測物體反射光平面，光平面與被測物體表面相交，形成一條激光線。該激光線是一條平面曲線，激光線的形狀與被測物體表面的幾何形狀相關(guān)，相機(jī)采集激光線的圖像信息并應(yīng)用機(jī)器視覺相關(guān)算法，可得到激光線上點(diǎn)的三維坐標(biāo)；配以一定的機(jī)械(掃描)裝置，就能夠獲得被測物體的完整的三維信息。線結(jié)構(gòu)光掃描測量的精度適中，結(jié)構(gòu)相對簡單，故在產(chǎn)品質(zhì)量檢測、逆向工程、文物修復(fù)等方面都有廣泛的應(yīng)用。
[0003]根據(jù)測量原理，線結(jié)構(gòu)光掃描測量的視覺傳感器中只需要一個相機(jī)、一個激光器就可以完成三維坐標(biāo)的獲取，但在實(shí)際應(yīng)用中為了避免物體本身對激光線的遮擋而導(dǎo)致相機(jī)無法采集到圖像信息，通常在激光器的左右兩邊各安裝一個相機(jī)。測量過程中，當(dāng)一個相機(jī)被遮擋時，另一個相機(jī)還可以采集激光線圖像信息，從而完成三維測量。雙相機(jī)結(jié)構(gòu)的視覺傳感器較好地解決了測量過程中的遮擋問題，但增加了視覺傳感器的制造成本，體積較大，掃描測量的過程中還要求兩個相機(jī)同步采集。
[0004]國內(nèi)外的單攝像機(jī)雙目視覺傳感器主要用于立體視覺測量，這類方法依據(jù)雙目視差原理，完成空間坐標(biāo)點(diǎn)的測量，需要不同角度的兩幅圖像才能完成坐標(biāo)測量。CN103278139A公開了“一種可變焦單雙目視覺傳感裝置”，該方案要求攝像機(jī)安裝在高精度的云臺上，通過控制云臺的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)單雙目的切換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法，本方法只需要一個相機(jī)就可以從不同位置獲取激光線的圖像，解決了單相機(jī)視覺傳感器中的遮擋問題，達(dá)到雙相機(jī)視覺傳感器的效果，但成本更低，控制處理系統(tǒng)更簡單。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法，包括如下步驟:
51、啟動線激光器，線激光器發(fā)射的激光與被測物體的表面相交，反射形成激光線；
52、步驟SI中形成的激光線被被測物體本身遮擋或被左反射鏡和/或右反射鏡反射； 若激光線被被測物體本身遮擋，則控制被測物體運(yùn)動，直到激光線被左反射鏡和/或右反射鏡反射；
若激光線被左反射鏡和/或右反射鏡反射，則:
當(dāng)激光線被左反射鏡反射時，激光線則被左反射鏡向半透半反鏡反射，然后被半透半反鏡向相機(jī)反射，在相機(jī)上形成第一條激光線，相機(jī)獲取第一條激光線的圖像信息；
當(dāng)激光線被右反射鏡反射時，激光線則被右反射鏡向后反射鏡反射，然后被后反射鏡反射，透過半透半反鏡，在相機(jī)上形成第二條激光線，相機(jī)獲取第二條激光線的圖像信息；
53、將步驟S2中獲得的第一條關(guān)于激光線的圖像信息和/或第二條關(guān)于激光線的圖像信息傳送至控制處理系統(tǒng)中，由控制處理系統(tǒng)計(jì)算出第一條關(guān)于激光線和/或第二條關(guān)于激光線對應(yīng)的被測物體的三維坐標(biāo)；
54、控制被測物體運(yùn)動，重復(fù)步驟S2-S3，獲得被測物體不同位置的三維坐標(biāo)，結(jié)合被測物體運(yùn)動的位移量數(shù)據(jù)，控制處理系統(tǒng)獲得被測物體完整的三維坐標(biāo)信息。
[0007]作為本發(fā)明基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法的一種改進(jìn)，在步驟S 1之前還包括預(yù)調(diào)試步驟:
所述預(yù)調(diào)試步驟中包括步驟S1-S2，若相機(jī)能同時獲得第一條激光線和第二條激光線的圖像信息，則調(diào)整左反射鏡、右反射鏡、半透半反鏡以及后反射鏡的位置角度，使得第一條激光線和第二條激光線在相機(jī)上形成的圖像相互分離。
[0008]作為本發(fā)明基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法的另一種改進(jìn)，所述左反射鏡和右反射鏡之間水平間隔并呈夾角設(shè)置在線激光器的兩側(cè)，后反射鏡和半透半反鏡之間垂直間隔并呈夾角設(shè)置在相機(jī)和線激光器之間，相機(jī)設(shè)置在背離線激光器激光出射端的一偵h后反射鏡位于靠近線激光器的一側(cè)、半透半反鏡位于靠近相機(jī)的一側(cè)，其中后反射鏡的鏡面與右反射鏡的鏡面相對應(yīng)，半透半反鏡的鏡面與左反射鏡的鏡面相對應(yīng)。
[0009]作為本發(fā)明基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法的再一種改進(jìn)，所述的相機(jī)中安裝有帶通濾光片。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果:
(1)采用本發(fā)明的方法，線激光器在被測物體上形成的激光線通過光學(xué)系統(tǒng)的多次反射，只需要一個相機(jī)就可以從不同位置獲取激光線的圖像信息，解決了單相機(jī)視覺傳感器中的遮擋問題，達(dá)到雙相機(jī)視覺傳感器的效果，但成本更低，控制處理系統(tǒng)更簡單。
[0011 ] (2)在本發(fā)明中，相機(jī)采集的是多次反射后的圖像信息，相機(jī)和激光線之間的光路更長，在同等情況下可選擇焦距更大、畸變更小的鏡頭，有利于提高測量的精度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法的流程圖；
圖2為激光光線的光路圖；
圖中:1、被測物體；2、線激光器；3、相機(jī)；4、半透半反鏡；5、左反射鏡；6、后反射鏡；7、右反射鏡；8、激光線；301、虛擬相機(jī)；302、虛擬相機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參考圖1-2，本發(fā)明基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維坐標(biāo)測量方法具體包括如下步驟:
51、啟動線激光器2，線激光器2發(fā)射的激光在被測物體1的表面上相交，反射形成激光線8 ；
52、步驟S2中形成的激光線8被被測物體1本身遮擋或被左反射鏡5和/或右反射鏡7反射；
若激光線8被被測物體1本身遮擋，則控制被測物體1運(yùn)動，直到激光線8被左反射鏡5和/或右反射鏡7反射； 若激光線8被左反射鏡5和/或右反射鏡7反射，則:
當(dāng)激光線8被左反射鏡5反射時，激光線8則被左反射鏡5向半透半反鏡4反射，然后被半透半反鏡4向相機(jī)3反射，在相機(jī)3上形成第一條激光線，相機(jī)獲取第一條激光線的圖像信息；如圖2所示，根據(jù)反射鏡的基本原理，此成像光路相當(dāng)于相機(jī)3的像(虛擬相機(jī)301)在激光線8的左側(cè)獲取圖像信息；
當(dāng)激光線被右反射鏡7反射時，激光線8則被右反射鏡7向后反射鏡6反射，然后被后反射鏡6反射，透過半透