[发明专利]基于空间错位的全视角线激光扫描三维成像装置与方法

说明书

本发明公开了基于空间错位的全视角线激光扫描三维成像装置及方法包括一维移动部件、立体靶标、激光发射器及相机，立体靶标安装在一维移动部件上方，立体靶标是多面的正棱柱体，立体靶标的数个面沿周向相围；激光发射器及相机的数量与立体靶标的面的数量相对应，数个激光发射器侧向对准立体靶标的棱处设置；每个相机上各安装一个镜头，镜头用于对立体靶标的面成像。本发明通过使用高精度立体靶标同时对多个相机进行标定，根据坐标转换，将各相机确定的世界坐标系统一到其中一个相机的唯一坐标系下，同步触发装置控制相机分别采集待扫描物体不同面的三维信息，得到物体表面的完整信息，解决单个线激光扫描装置无法得到物体表面完整信息的缺点。

技术领域

本发明涉及三维激光测量技术领域，尤其涉及一种基于空间错位的全视角线激光扫描三维成像装置与方法。

背景技术

线激光扫描三维成像是一种基于光学三角法的非接触式物体表面轮廓成像技术，利用线激光投影到被测物体表面，相机采集受到物体表面高度调制的形变条纹，经过计算得到表面轮廓三维数据。该技术已经在测绘测量、产品的逆向工程、模具设计等多个领域内变得非常常见，并且在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索。受限于相机视场，单视角的线激光扫描三维成像只能获得物体一个视角的表面轮廓信息。如刘思远利用线激光投影测量轴类零件的直径，通过对单视角点云数据的拟合计算得到直径，无法真实反映轴类零件的实际轮廓信息。为此，多视角的线激光扫描三维成像技术利用多个线激光扫描三维成像模组，通过多个视角的拼接实现对物体360度表面的信息获取。现有针对静态放置的环形零件的尺寸测量提出多线结构视觉传感器测量系统的方案，获得单个截面的全视角三维结果；利用多组线激光扫描三维成像模组实现了人体表面轮廓的全视角成像。实验过程中需要保证多个线激光共面，对器件的安装要求较高，限制了该方法的现场灵活应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，为解决单视角线激光扫描三维成像中视场的限制，以及多视角线激光扫描三维成像中的激光平面调整困难的问题，本发明提供了一种基于空间错位的全视角线激光扫描三维成像装置与方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

基于空间错位的全视角线激光扫描三维成像装置：包括一维移动部件、立体靶标、激光发射器及相机，所述立体靶标安装在一维移动部件上方，所述立体靶标是一个至少具有三个面的正棱柱体，立体靶标的数个面沿周向相围；激光发射器及相机的数量与立体靶标的面的数量相对应，数个激光发射器侧向对准立体靶标的棱处设置；每个相机上各安装一个镜头，镜头用于对立体靶标的面成像。

进一步的，所述的立体靶标是正四棱柱，激光发射器、相机以及镜头均设置四个。

进一步的，所述的立体靶标是正三棱柱，激光发射器、相机以及镜头均设置三个。

进一步的，所述激光平面侧对向立体靶标棱处以形成非共线直线，各激光平面空间错开。

进一步的，立体靶标各面刻有规则分布的十字靶标。

进一步的，所述装置的全视角线激光扫描三维成像方法，

步骤1，搭建所述全视角线激光扫描三维成像标定装置，使用四个单个线激光扫描三维成像组合分别对向立体靶标的四个面；

步骤2，保持立体靶标位置不变，使数个相机同时采集正对的立体靶标面的图像，通过图像中十字靶标像素坐标与该相机对应的世界坐标系下的世界坐标使用Tsai标定法解算出相机的外参与内参，依次求出各相机的参数；

步骤3，打开激光发射器，用相机采集激光发射器光平面在立体靶标棱处形成的折角线所成的像，提取该折线上的点，用此求线激光平面方程，确定线激光平面相对于相机坐标系和世界坐标系的位置关系；

步骤4，使一维移动部件带动立体靶标移动，在运动方向上分别取两幅图像，求得一维移动部件的运动方向和距离；