多目大范围激光扫描测量方法

摘要

本发明公开了一种多目大范围激光扫描测量方法，使用多目摄像机沿扫描线方向排列共同对一个光刀进行分段成像，通过增加摄像机数目，来增加摄像机总体视场范围，从而达到提高扫描效率的目的。摄像机视场增加的同时，相应地加长激光投射线长度，以使激光扫描的光刀长度满足多目摄像机的视场需要。本发明方法可以在不降低测量精度的基础上，成倍地增加激光扫描的效率。

主权项

一种多目大范围激光扫描测量方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)采用一种测量终端，包括框架，在该框架上一侧设置有一激光光刀投射器，用于向工件投射平面光束，并在工件上形成长投射线；在该框架上另一侧设置多目数字摄像机，沿长投射线方向等距排列，用于对投射线分段成像；在该框架中腹设置有实时图像处理与通讯控制中心，用于对多目数字摄像机的成像信息进行实时处理，以得到工件轮廓在投射线上的点云相对于测量终端的坐标信息，并与全局计算机之间进行操作同步及信息互传；在框架上面四周设有多个手持模式定位与姿态监测装置，在框架下面，设有与坐标机连接的机载模式固定螺纹；(2)终端扫描测量标定和终端位置姿态标定，其中，在机载模式下，终端的位置T(XT，YT，ZT)及姿态R(α，β，γ)标定由三坐标测量机获取；在手持模式下，终端上的定位与姿态监测装置仅仅做为上位机的靶标使用，其位置与姿态信息由上位机给出；终端扫描测量标定，则使用虚拟网格映射法标定；(3)测量工件表面光刀线上任意点P相对于测量终端的坐标，设摄像机的镜头中心为A点，摄像机图像传感器位置在C点，激光投射器在B点，AB直线的中垂线为OD，垂直工件表面，使激光光束与摄像机光轴的交点位于中垂线OD上，因此，以测量终端为基准建立的坐标系其X轴为DB方向，Z轴为DO方向，Y轴则为多目数字摄像机的排列方向，设AB长度为c，激光束和光轴与AB的夹角皆为β，工件表面与激光光束的交点为P，而P点在图像传感器上的成像点为P’，P’距图像传感器上的光轴中心点O’点的位移为s，并且镜头的焦距为f，由此可得P点相对于测量终端的坐标位置PC(XC，YC，ZC)，其值为： X C = C · ( Cos ( α ) Sin ( β ) Sin ( α + β ) - 0.5 ) Z C = C · Sin ( α ) Sin ( β ) Sin ( α + β ) 其中： α = β - tan - 1 ( s f ) 设光刀线的上点P成像于第i(i＝0，1，2，3，……)个摄像机图像传感器上，其像点P’距离摄像机光轴距离为v，则P点相对于测量终端的Y向坐标为： Y C = ib 4 + vcSin ( β ) f 2 + v 2 Sin ( α + β ) ; (4)测量工件表面光刀线上任意点P在全局测量空间中的坐标，设此P点在全局测量空间中的坐标为PG(XG，YG，ZG)，其在终端坐标系中的坐标为PC(XC，YC，ZC)，并且测量终端在全局测量空间中的坐标为T(XT，YT，ZT)，姿态角为R(α，β，γ)，则P点在全局测量空间中的坐标可以用其在终端中的坐标经旋转和平移得到，即PG可表示为： X G Y G Z G = R X C Y C Z C + T = r 0 r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 r 7 r 8 X C Y C Z C + X T Y T Z T 其中R是旋转矩阵，它是姿态角(α，β，γ)的三角函数组合，T是平移向量，是终端坐标系原点在全局坐标系中的位置，两个数据信息都由三坐标测量机给出。