[发明专利]基于线结构光的三维测量方法以及传感器

说明书

本发明提供一种基于线结构光的三维测量方法以及传感器，该方法包括：接收各个传感头分别采集的待测物体的断面数据以及各个传感头分别对应的姿态数据，断面数据包括激光线对应待测物体表面的高程、灰度和激光线宽度；基于任一传感头的姿态数据，对该传感头采集的断面数据进行修正；将各个传感头分别对应的修正后的断面数据进行匹配和拼接，得到待测物体表面的三维点云。本发明提供的一种基于线结构光的三维测量方法以及传感器，增大了测量范围，实现了大断面或超大断面的测量，消除了传感头的测量姿态对断面数据的精度的影响，提高了断面数据的精度。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种基于线结构光的三维测量方法以及传感器。

背景技术

三维激光扫描测量技术采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据，具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点。

获取三维数据的方式会随研究对象的变化而提出特殊要求，比如对于传统国土调查、测量测绘、建筑物建模、矿产调查等，从宏观角度获取物体表面三维点云，利用点云建模即可满足需求，其特点是范围广，精度要求相对较低(如厘米级)，允许固定站点测量，要求点云覆盖被研究对象，对组成点云的单点间关系没有特殊要求，测量结果往往是相对于测量站点的绝对距离；对于特定研究如文物考古、路面病害检测、隧道测量、机场跑道异物及病害检测、芯片缺陷检测等要求在高动态环境下快速测量，精度达到微米级，点云间需要满足特定关系，测量结果往往是相对于被测物自身的相对距离。

为获取物体表面三维点云，现有的三维激光扫描测量技术通常是采用旋转棱镜测量单个断面、旋转云台扫描整个视场的方式获取物体三维点云，基于时间飞行差脉冲测量，测量精度达到毫米级，测量速度达到每秒百万点以上，测量时棱镜和云台同步旋转，其测量断面不是严格意义上的断面(非同一时空下获取的断面)，而是离散点组成的物体表面三维点云。

但是，在诸如道路病害检测、隧道测量、轨道病害检测及文物考古等方面，都要求在高动态环境下测量，且需要一次测量能获取严格意义上的一个测量断面，即断面上的点是同一姿态、同一时间测量，如轨道轨廓检测和公路车辙检测等，测量幅宽至少2000毫米以上，测量分辨率(同一断面的点采用间隔)至少达到毫米，距离测量精度达到0.001毫米，测量频率10KHz以上，相当于每秒测量2千万个点，现有的三维激光扫描测量技术都无法满足测量需求。

发明内容

本发明提供一种基于线结构光的三维测量方法以及传感器，用以解决现有技术中传感器不能满足高动态环境下的测量应用且测量精度低的缺陷。

本发明提供一种基于线结构光的三维测量方法，包括：

接收各个传感头分别采集的待测物体的断面数据以及所述各个传感头分别对应的姿态数据，所述断面数据包括激光线对应所述待测物体表面的高程、灰度和激光线宽度；

基于任一传感头的姿态数据，对所述任一传感头采集的断面数据进行修正；

将各个传感头分别对应的修正后的断面数据进行匹配和拼接，得到所述待测物体表面的三维点云。

根据本发明提供的一种基于结构光的三维测量方法，所述基于任一传感头的姿态数据，对所述任一传感头采集的断面数据进行修正，包括：

基于任一传感头的姿态数据中所述任一传感头在任一时刻相对水平面的测量姿态角和工作距离，以及所述任一传感头在静态标定条件下获取的安装倾角和工作距离，修正所述任一传感头在所述任一时刻采集的测量断面中所有测点的高程。

根据本发明提供的一种基于结构光的三维测量方法，所述修正所述任一传感头在所述任一时刻采集的测量断面中所有测点的高程，包括：

基于如下公式修正所述任一传感头在所述任一时刻采集的测量断面中任一测点的高程：