專利名稱：一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及近景攝影測量和計算機視覺領域，尤其涉及一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置。
背景技術：
電力工業(yè)在輸變電設備基建、運行、檢修中經(jīng)常需要校核和確定物體外形結(jié)構(gòu)尺寸?；跈C器視覺技術的非接觸式測量相對于傳統(tǒng)的接觸式測量方法，具有掃描速度快、掃描精度高等特點，因此近年來得到了很大的發(fā)展。在諸多的視覺測量方法中，結(jié)構(gòu)光三位視覺測量方法以其大量程、大視場、較高精度、光條圖像信息易于提取等特點，是近年的重點研究方向。線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的三維測量原理如圖I所示，激光器投射的光束通過一柱面鏡在空間中形成一窄的激光平面，當與被測物體的表面相交時便在物體的表面產(chǎn)生一亮的光條。該光條由于物體表面深度的變化以及可能的間隙而受到調(diào)制，表現(xiàn)在圖像中則是光條發(fā)生了畸變或者不連續(xù)，畸變的程度與深度成正比，不連續(xù)則顯示出了物體表面的物理間隙。線結(jié)構(gòu)光視覺的任務就是中畸變的光條圖像信息中獲取物體表面的三維信息。線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的透視投影模型如圖2所示，線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器測量系統(tǒng)由激光器和攝像機構(gòu)成，將攝像機系統(tǒng)視為一個小孔成像模型，建立攝像機坐標系oxyz、像面坐標系O’XY,在光平面內(nèi)以Ow為原點建立直角坐標系0wxwyw。激光器發(fā)射出的光平面與空間被測物體表面相交，產(chǎn)生一個反映物體輪廓的截面曲線，曲線上的點就是被測點，他們將成像于攝像機的像平面上。激光平面與攝像機的像平面可以建立透視對應關系，利用此關系就可以由像點計算出其對應被測點的空間坐標。但是目前線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的由于其配套的外部支撐結(jié)構(gòu)很不完善，客觀上制約了線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器在實際使用中的適用范圍，例如在電力工業(yè)在輸變電設備基建、運行、檢修過程中，經(jīng)常需要校核和確定物體外形結(jié)構(gòu)尺寸，但由于缺少線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器控制、支撐系統(tǒng)，使得線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器難以大規(guī)模應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，包括線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器以及完整的外部支撐結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)。解決目前線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器由于其配套的外部支撐結(jié)構(gòu)很不完善、制約線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器在實際使用中的適用范圍的問題，使得線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器可以大規(guī)模應用。本發(fā)明提供的線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置特別適用于在電力工業(yè)在輸變電設備基建、運行、檢修過程中，對物體外形結(jié)構(gòu)尺寸的校核和確定。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，包括
線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器，用于通過一柱面鏡在空間中形成一激光平面，并投射在被測物體上，
形成線結(jié)構(gòu)光；視覺傳感器，用于獲取所述被測物體帶有線結(jié)構(gòu)光的影像；
機電自動控制器，用于驅(qū)動并控制所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的激光投射方向和所述視覺傳感器獲取影像的方向；
計算機，用于控制所述機電自動控制器，使視覺傳感器和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器同時到達拍攝被測物體影像的準確位置。其中，所述視覺傳感器設置在所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的正上方，所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的中心在同一豎直直線上。其中，所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器分別固定在一根橫向支撐軸一端的上下兩面，且所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器之間的相對位置保持剛性連接。其中，所述機電自動控制器包括一根橫向支撐軸和轉(zhuǎn)向驅(qū)動器；
橫向支撐軸，其一端用于連接固定所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器，另一端固定在轉(zhuǎn)向驅(qū)動器上；
轉(zhuǎn)向驅(qū)動器，用于通過電機驅(qū)動所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器沿絕緣子中軸線方向的俯仰、旋轉(zhuǎn)及其組合的姿態(tài)調(diào)整。其中，在轉(zhuǎn)向驅(qū)動器驅(qū)動視覺傳感器運動的過程中，視覺傳感器和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器與被測物體形成不同夾角，使所述視覺傳感器獲取帶有線結(jié)構(gòu)光的被測物體影像。其中，所述機電自動控制器還包括支撐件，所述支撐件用于對所述橫向支撐軸和轉(zhuǎn)向驅(qū)動器進行支撐和固定；所述支撐件的一端與固定件連接，另一端連接所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動器。其中，所述支撐件還用于控制所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的高度，或者控制所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器距離所述固定件的距離。其中，所述計算機通過識別所述視覺傳感器的數(shù)據(jù)判斷所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器是否對準了被測物體，并通過控制機電自動控制器使線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器自動定位。本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，其基于結(jié)構(gòu)光和視覺測量原理的外形結(jié)構(gòu)尺寸測量影像獲取裝置，可以在不接觸物體情況下遠距離獲取研究物體帶結(jié)構(gòu)光光條影像，為實現(xiàn)物體外形尺寸測量打下基礎。本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置特別適用于在電力工業(yè)在輸變電設備基建、運行、檢修過程中，對物體外形結(jié)構(gòu)尺寸的校核和確定。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的三維測量原理示意 圖2為線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的透視投影模型示意 圖3為本發(fā)明提供的線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置第一實施例結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明提供的線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，其基于結(jié)構(gòu)光和視覺測量原理的外形結(jié)構(gòu)尺寸測量影像獲取裝置，可以在不接觸物體情況下遠距離獲取研究物體帶結(jié)構(gòu)光光條影像，為實現(xiàn)物體外形尺寸測量打下基礎。本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置特別適用于在電力工業(yè)在輸變電設備基建、運行、檢修過程中，對物體外形結(jié)構(gòu)尺寸的校核和確定。參見圖3為本發(fā)明提供的線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該裝置包括線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I、視覺傳感器2、機電自動控制器3和計算機4。線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器1，用于通過一柱面鏡在空間中形成一激光平面，并投射在被測物
體5上，形成線結(jié)構(gòu)光。視覺傳感器2，用于獲取被測物體5帶有線結(jié)構(gòu)光的影像。機電自動控制器3，用于驅(qū)動并控制線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I的激光投射方向和視覺傳感器2獲取影像的方向。計算機4，用于控制機電自動控制器3，使視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I同時到達拍攝被測物體影像的準確位置。本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，其基于結(jié)構(gòu)光和視覺測量原理的外形結(jié)構(gòu)尺寸測量影像獲取裝置，可以在不接觸物體情況下遠距離獲取研究物體帶結(jié)構(gòu)光光條影像，為實現(xiàn)物體外形尺寸測量打下基礎。本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置特別適用于在電力工業(yè)在輸變電設備基建、運行、檢修過程中，對物體外形結(jié)構(gòu)尺寸的校核和確定。參見圖4為本發(fā)明提供的線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，將更為詳細地描述該線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置的結(jié)構(gòu)。該裝置如圖4所示，包括線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I、視覺傳感器2、機電自動控制器3和計算機4。線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器1，用于通過一柱面鏡在空間中形成一激光平面，并投射在被測物體上，形成線結(jié)構(gòu)光。視覺傳感器2，用于獲取被測物體帶有線結(jié)構(gòu)光的影像。更為具體的，視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I分別固定在一根橫向支撐軸一端的上下兩面，且視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I之間的相對位置保持剛性連接。線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I的光束通過一柱面鏡在空間中形成一窄的激光平面，當與被測物體的表面相交時便在物體的表面產(chǎn)生一亮的光條。該光條由于被測物體表面深度的變化以及可能的間隙而受到調(diào)制，表現(xiàn)在圖像中則是光條發(fā)生了畸變或者不連續(xù)，畸變的程度與深度成正比，不連續(xù)則顯示出了物體表面的物理間隙。視覺傳感器2獲取被測物體帶有線結(jié)構(gòu)光的影像后，通過后續(xù)的分析就可以由像點計算出其對應被測點的空間坐標，為實現(xiàn)被測物體外形尺寸測量打下基礎。機電自動控制器3，用于驅(qū)動并控制線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I的激光投射方向和視覺傳感器2獲取影像的方向。機電自動控制器包括一根橫向支撐軸31和轉(zhuǎn)向驅(qū)動器32 ;橫向支撐軸31 —端用于連接固定視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器1，另一端固定在轉(zhuǎn)向驅(qū)動器32上。轉(zhuǎn)向驅(qū)動器32用于通過電機驅(qū)動視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I沿絕緣子中軸線方向的俯仰、旋轉(zhuǎn)及其組合的姿態(tài)調(diào)整。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動器32驅(qū)動視覺傳感器2運動的過程中，視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I與被測物體形成不同夾角，使視覺傳感器2獲取帶有線結(jié)構(gòu)光的被測物體影像。進一步的，機電自動控制器3還包括支撐件33，支撐件33用于對橫向支撐軸21和轉(zhuǎn)向驅(qū)動器32進行支撐和固定；支撐件的一端與固定件(如穩(wěn)固的地面，墻面等)連接，另一端連接轉(zhuǎn)向驅(qū)動器32。同時，支撐件33還用于控制視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I的高度，或者控制視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I距離固定件的距離。計算機4，用于控制機電自動控制器3，使視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I同時到達拍攝被測物體影像的準確位置。計算機通過識別視覺傳感器的數(shù)據(jù)判斷線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器是否對準了被測物體，并通過控制機電自動控制器使線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器自動定位。更為具體的，機電自動控制器3運動的角度可通過人工調(diào)整或者計算機4控制，使得視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I可以同時到達拍攝被測物體的準確位置。也就是說計
算機4可以用對機電自動控制器3進行智能化控制，以及對視覺傳感器2和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器I的控制和數(shù)據(jù)采集分析。機電自動控制器3運動的角度可通過計算機4控制，使得從相鄰角度拍攝的影像之間保持一定的重疊度。本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，包括線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器以及完整的外部支撐結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)。解決目前線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的由于其配套的外部支撐結(jié)構(gòu)很不完善，制約線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器在實際使用中的適用范圍的問題，使得線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器可以大規(guī)模的應用。本發(fā)明提供的線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置特別適用于在電力工業(yè)在輸變電設備基建、運行、檢修過程中，對物體外形結(jié)構(gòu)尺寸的校核和確定。值得注意的是，本發(fā)明描述的是線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置的一種產(chǎn)品形式，其它滿足本發(fā)明結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，即使材質(zhì)、器件名稱、外觀、器件擺放順序等不影響產(chǎn)品特性的因素不相同，仍然屬于本發(fā)明保護的范圍。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，其特征在于，包括 線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器，用于通過一柱面鏡在空間中形成一激光平面，并投射在被測物體上，形成線結(jié)構(gòu)光； 視覺傳感器，用于獲取所述被測物體帶有線結(jié)構(gòu)光的影像； 機電自動控制器，用于驅(qū)動并控制所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的激光投射方向和所述視覺傳感器獲取影像的方向； 計算機，用于控制所述機電自動控制器，使視覺傳感器和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器同時到達拍攝被測物體影像的準確位置。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述視覺傳感器設置在所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的正上方，所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的中心在同一豎直直線上。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器分別固定在一根橫向支撐軸一端的上下兩面，且所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器之間的相對位置保持剛性連接。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述機電自動控制器包括一根橫向支撐軸和轉(zhuǎn)向驅(qū)動器； 橫向支撐軸，其一端用于連接固定所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器，另一端固定在轉(zhuǎn)向驅(qū)動器上； 轉(zhuǎn)向驅(qū)動器，用于通過電機驅(qū)動所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器沿絕緣子中軸線方向的俯仰、旋轉(zhuǎn)及其組合的姿態(tài)調(diào)整。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，在轉(zhuǎn)向驅(qū)動器驅(qū)動視覺傳感器運動的過程中，視覺傳感器和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器與被測物體形成不同夾角，使所述視覺傳感器獲取帶有線結(jié)構(gòu)光的被測物體影像。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述機電自動控制器還包括支撐件，所述支撐件用于對所述橫向支撐軸和轉(zhuǎn)向驅(qū)動器進行支撐和固定；所述支撐件的一端與固定件連接，另一端連接所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動器。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述支撐件還用于控制所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的高度，或者控制所述視覺傳感器和所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器距離所述固定件的距離。
8.如權(quán)利要求I至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述計算機通過識別所述視覺傳感器的數(shù)據(jù)判斷所述線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器是否對準了被測物體，并通過控制機電自動控制器使線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器自動定位。
全文摘要
本發(fā)明提供一種線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，包括線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器，用于通過一柱面鏡在空間中形成一激光平面，并投射在被測物體上，形成線結(jié)構(gòu)光；視覺傳感器，用于獲取被測物體帶有線結(jié)構(gòu)光的影像；機電自動控制器，用于驅(qū)動并控制線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器的激光投射方向和視覺傳感器獲取影像的方向；計算機，用于控制機電自動控制器，使視覺傳感器和線結(jié)構(gòu)光發(fā)射器同時到達拍攝被測物體影像的準確位置。本發(fā)明提供的線結(jié)構(gòu)光定位投射影像獲取裝置，可以解決目前線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器由于其配套的外部支撐結(jié)構(gòu)很不完善、制約線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器在實際使用中的適用范圍的問題，使得線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器可以大規(guī)模應用。
文檔編號G01C11/00GK102788573SQ20121027841
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者劉亞文, 唐敏, 季錚, 李治江, 江健武, 王建國, 趙靈 申請人:武漢大學, 深圳供電局有限公司