[发明专利]基于三角测距的房屋轮廓构建算法

权利要求书

1.一种基于三角测距的房屋轮廓构建算法，其特征在于：所述房屋轮廓构建算法采用三维激光扫描仪实现，所述三维激光扫描仪包括俯仰转台、水平转台、竖直一字线性激光器、水平一字线性激光器和接收装置；所述水平一字线性激光器和竖直一字线性激光器投射到房屋墙面上，由于墙面阴角线的存在，激光线被表现成折线的形式，通过接收装置中的工业相机获得的图像来检测折线的转折点，将转折点的图像坐标代入到三角测距的数学模型解算出转折点的三维坐标即可根据扫描轨迹算法构建出墙面的轮廓；其中，所述转折点的检测包括以下步骤：

(1)初步选择转折点

选取像素遍历的第一步长s₁，则斜率的计算公式为：

k(i)＝(P(i+s₁-1).v-P(i).v)/(P(i+s₁-1).u-P(i).u)

其中，P(i).u代表光条上的第i个点在像素坐标系u轴上的坐标，P(i).v代表光条上的第i个点在像素坐标系v轴上的坐标；如果i满足以下判据则P(i)被定义为初选转折点：

k(i+s₂)×k(i)＜0，s₂为第一选择步长；

(2)进一步选择转折点

选取斜率的遍历步长s₃，S₁＞S₃，得到：

kk(i)＝(P(i+s₃-1).v-P(i).v)/(P(i+s₃-1).u-P(i).u)

如果i满足以下判据则P(i)被定义为近似转折点：

kk(i+s₄)×kk(i)＜0，s₄为第二选择步长；

(3)求拟合直线的交点

为了求得更加精确的转折点信息，采用通过直线拟合求交点的方式进行转折点的求解；以近似转折点为基准，向前与向后各选择N个像素点，并通过最小二乘法分别做直线拟合，然后求得两条直线的交点即为转折点。

2.根据权利要求1所述的房屋轮廓构建算法，其特征在于：通过三角架支撑俯仰转台，在所述俯仰转台上安装水平转台，在所述水平转台上安装两个一字线性激光器和接收装置。

3.根据权利要求1所述的房屋轮廓构建算法，其特征在于：房屋轮廓包括水平轮廓的构建与竖直轮廓的构建，其中，水平轮廓的构建分为墙面上部阴角线的构建与墙面下部阴角线的构建，墙面上部阴角线的构建通过转动俯仰转台到仰角状态再转动水平转台来实现；墙面下部阴角线的构建通过转动俯仰转台到俯角状态再转动水平转台来实现；竖直轮廓的构建的操作流程如下：首先通过转动俯仰转台实现一条墙面竖直阴角线的构建，之后通过转动水平转台到其他竖直阴角线的位置，再转动俯仰转台实现其他墙面竖直阴角线的构建。

4.根据权利要求3所述的房屋轮廓构建算法，其特征在于：水平轮廓中墙面下部阴角线的构建包括：将俯仰转台转动至俯角状态，之后水平转台每转动0.3°做一次转折点的检测，水平转台转动360°实现一周的扫描；工业相机获取到图像，通过畸变校正，灰度化处理并通过灰度重心法获取光条的像素坐标；定义光条上的像素坐标依次为P₁，P₂，...P_n，根据步骤(1)-(3)求得转折点PB，然后基于PB求得竖直方向上的转折点PA，PA的检测流程为：

a.以PB为基准向前选择80个像素点做直线拟合，并将此直线定义为L2；

b.求得从点P1至PB到直线L2的距离d；

c.设定阈值d，遍历从P1至PB到直线L2的距离，并将第一个小于阈值d的点定义为P_k；

d.采用P₁，P₂...P_k这些点做直线拟合，将此直线定义为L1；

e.将直线L1与直线L2的交点定义为PA。

5.根据权利要求4所述的房屋轮廓构建算法，其特征在于：所述扫描轨迹算法包括：

S1、将三维激光扫描仪放置于房屋中间，将俯仰转动板调节至水平状态，调整好竖直扫描的角度范围，其原则为在相机视野内能够看到墙面水平阴角线的上部与下部；

S2、俯仰转台向上转动α度并停止，开始转动水平转台实现墙面上部阴角线360°的扫描，扫描完毕水平转台回到初始位置；

S3、俯仰转台向下转动2α度并停止，开始转动水平转台实现墙面下部阴角线360°的扫描，扫描完毕水平转台回到初始位置；

S4、俯仰转台向上每转动0.45°做一次转折点的检测，转动到2α度并停止，完成第一条竖直阴角线的构建；水平转台转动θ1度并停止，俯仰转台向下每转动0.45°做一次转折点的检测，转动到2α度并停止，完成第二条竖直阴角线的构建；其余的竖直阴角线按照相同的方法来构建；

θ1，θ2，...的计算方法如下：首先，得到P1或Pn到直线L2的距离为D，通过设定阈值D′，如果D＞D′则认为有三段直线；当D＞D′时，水平转台每转0.3°保存一次水平转台当前的角度，当D＜D′时，将所保存的角度序列求平均值即为θ1，清空用来储存角度的容器；再次当D＞D′时水平转台每转0.3°保存一次水平转台当前的角度，当D＜D′时，将所保存的角度序列求平均值即为θ2，...依次类推，以获得墙面每条竖直阴角线的水平角度。