CN102788573A - 一种线结构光定位投射影像获取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置，包括：线结构光发射器，用于通过一柱面镜在空间中形成一激光平面，并投射在被测物体上，形成线结构光；视觉传感器，用于获取被测物体带有线结构光的影像；机电自动控制器，用于驱动并控制线结构光发射器的激光投射方向和视觉传感器获取影像的方向；计算机，用于控制机电自动控制器，使视觉传感器和线结构光发射器同时到达拍摄被测物体影像的准确位置。本发明提供的线结构光定位投射影像获取装置，可以解决目前线结构光视觉传感器由于其配套的外部支撑结构很不完善、制约线结构光视觉传感器在实际使用中的适用范围的问题，使得线结构光视觉传感器可以大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及近景摄影测量和计算机视觉领域，尤其涉及一种线结构光定位投射影像获取装置。
背景技术
电力工业在输变电设备基建、运行、检修中经常需要校核和确定物体外形结构尺寸。基于机器视觉技术的非接触式测量相对于传统的接触式测量方法，具有扫描速度快、扫描精度高等特点，因此近年来得到了很大的发展。在诸多的视觉测量方法中，结构光三位视觉测量方法以其大量程、大视场、较高精度、光条图像信息易于提取等特点，是近年的重点研究方向。
线结构光视觉传感器的三维测量原理如图1所示，激光器投射的光束通过一柱面镜在空间中形成一窄的激光平面，当与被测物体的表面相交时便在物体的表面产生一亮的光条。该光条由于物体表面深度的变化以及可能的间隙而受到调制，表现在图像中则是光条发生了畸变或者不连续，畸变的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。线结构光视觉的任务就是中畸变的光条图像信息中获取物体表面的三维信息。
线结构光视觉传感器的透视投影模型如图2所示，线结构光视觉传感器测量***由激光器和摄像机构成，将摄像机***视为一个小孔成像模型，建立摄像机坐标系oxyz、像面坐标系O’XY，在光平面内以ow为原点建立直角坐标系owxwyw。激光器发射出的光平面与空间被测物体表面相交，产生一个反映物体轮廓的截面曲线，曲线上的点就是被测点，他们将成像于摄像机的像平面上。激光平面与摄像机的像平面可以建立透视对应关系，利用此关系就可以由像点计算出其对应被测点的空间坐标。
但是目前线结构光视觉传感器的由于其配套的外部支撑结构很不完善，客观上制约了线结构光视觉传感器在实际使用中的适用范围，例如在电力工业在输变电设备基建、运行、检修过程中，经常需要校核和确定物体外形结构尺寸，但由于缺少线结构光视觉传感器控制、支撑***，使得线结构光视觉传感器难以大规模应用。
发明内容
本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置，包括线结构光视觉传感器以及完整的外部支撑结构及控制***。解决目前线结构光视觉传感器由于其配套的外部支撑结构很不完善、制约线结构光视觉传感器在实际使用中的适用范围的问题，使得线结构光视觉传感器可以大规模应用。
本发明提供的线结构光定位投射影像获取装置特别适用于在电力工业在输变电设备基建、运行、检修过程中，对物体外形结构尺寸的校核和确定。
为解决上述技术问题，本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置，包括：
线结构光发射器，用于通过一柱面镜在空间中形成一激光平面，并投射在被测物体上，形成线结构光；
视觉传感器，用于获取所述被测物体带有线结构光的影像；
机电自动控制器，用于驱动并控制所述线结构光发射器的激光投射方向和所述视觉传感器获取影像的方向；
计算机，用于控制所述机电自动控制器，使视觉传感器和线结构光发射器同时到达拍摄被测物体影像的准确位置。
其中，所述视觉传感器设置在所述线结构光发射器的正上方，所述视觉传感器和所述线结构光发射器的中心在同一竖直直线上。
其中，所述视觉传感器和所述线结构光发射器分别固定在一根横向支撑轴一端的上下两面，且所述视觉传感器和所述线结构光发射器之间的相对位置保持刚性连接。
其中，所述机电自动控制器包括：一根横向支撑轴和转向驱动器；
横向支撑轴，其一端用于连接固定所述视觉传感器和所述线结构光发射器，另一端固定在转向驱动器上；
转向驱动器，用于通过电机驱动所述视觉传感器和所述线结构光发射器沿绝缘子中轴线方向的俯仰、旋转及其组合的姿态调整。
其中，在转向驱动器驱动视觉传感器运动的过程中，视觉传感器和线结构光发射器与被测物体形成不同夹角，使所述视觉传感器获取带有线结构光的被测物体影像。
其中，所述机电自动控制器还包括：支撑件，所述支撑件用于对所述横向支撑轴和转向驱动器进行支撑和固定；所述支撑件的一端与固定件连接，另一端连接所述转向驱动器。
其中，所述支撑件还用于控制所述视觉传感器和所述线结构光发射器的高度，或者控制所述视觉传感器和所述线结构光发射器距离所述固定件的距离。
其中，所述计算机通过识别所述视觉传感器的数据判断所述线结构光发射器是否对准了被测物体，并通过控制机电自动控制器使线结构光发射器自动定位。
本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置，其基于结构光和视觉测量原理的外形结构尺寸测量影像获取装置，可以在不接触物体情况下远距离获取研究物体带结构光光条影像，为实现物体外形尺寸测量打下基础。
本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置特别适用于在电力工业在输变电设备基建、运行、检修过程中，对物体外形结构尺寸的校核和确定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为线结构光视觉传感器的三维测量原理示意图；
图2为线结构光视觉传感器的透视投影模型示意图；
图3为本发明提供的线结构光定位投射影像获取装置第一实施例结构示意图；
图4为本发明提供的线结构光定位投射影像获取装置第二实施例结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置，其基于结构光和视觉测量原理的外形结构尺寸测量影像获取装置，可以在不接触物体情况下远距离获取研究物体带结构光光条影像，为实现物体外形尺寸测量打下基础。本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置特别适用于在电力工业在输变电设备基建、运行、检修过程中，对物体外形结构尺寸的校核和确定。
参见图3为本发明提供的线结构光定位投射影像获取装置第一实施例结构示意图，如图3所示，该装置包括：线结构光发射器1、视觉传感器2、机电自动控制器3和计算机4。
线结构光发射器1，用于通过一柱面镜在空间中形成一激光平面，并投射在被测物体5上，形成线结构光。
视觉传感器2，用于获取被测物体5带有线结构光的影像。
机电自动控制器3，用于驱动并控制线结构光发射器1的激光投射方向和视觉传感器2获取影像的方向。
计算机4，用于控制机电自动控制器3，使视觉传感器2和线结构光发射器1同时到达拍摄被测物体影像的准确位置。
本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置，其基于结构光和视觉测量原理的外形结构尺寸测量影像获取装置，可以在不接触物体情况下远距离获取研究物体带结构光光条影像，为实现物体外形尺寸测量打下基础。本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置特别适用于在电力工业在输变电设备基建、运行、检修过程中，对物体外形结构尺寸的校核和确定。
参见图4为本发明提供的线结构光定位投射影像获取装置第二实施例结构示意图。在本实施例中，将更为详细地描述该线结构光定位投射影像获取装置的结构。该装置如图4所示，包括：线结构光发射器1、视觉传感器2、机电自动控制器3和计算机4。
线结构光发射器1，用于通过一柱面镜在空间中形成一激光平面，并投射在被测物体上，形成线结构光。视觉传感器2，用于获取被测物体带有线结构光的影像。更为具体的，视觉传感器2和线结构光发射器1分别固定在一根横向支撑轴一端的上下两面，且视觉传感器2和线结构光发射器1之间的相对位置保持刚性连接。
线结构光发射器1的光束通过一柱面镜在空间中形成一窄的激光平面，当与被测物体的表面相交时便在物体的表面产生一亮的光条。该光条由于被测物体表面深度的变化以及可能的间隙而受到调制，表现在图像中则是光条发生了畸变或者不连续，畸变的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。视觉传感器2获取被测物体带有线结构光的影像后，通过后续的分析就可以由像点计算出其对应被测点的空间坐标，为实现被测物体外形尺寸测量打下基础。
机电自动控制器3，用于驱动并控制线结构光发射器1的激光投射方向和视觉传感器2获取影像的方向。机电自动控制器包括：一根横向支撑轴31和转向驱动器32；横向支撑轴31一端用于连接固定视觉传感器2和线结构光发射器1，另一端固定在转向驱动器32上。转向驱动器32用于通过电机驱动视觉传感器2和线结构光发射器1沿绝缘子中轴线方向的俯仰、旋转及其组合的姿态调整。在转向驱动器32驱动视觉传感器2运动的过程中，视觉传感器2和线结构光发射器1与被测物体形成不同夹角，使视觉传感器2获取带有线结构光的被测物体影像。
进一步的，机电自动控制器3还包括：支撑件33，支撑件33用于对横向支撑轴21和转向驱动器32进行支撑和固定；支撑件的一端与固定件（如稳固的地面，墙面等）连接，另一端连接转向驱动器32。同时，支撑件33还用于控制视觉传感器2和线结构光发射器1的高度，或者控制视觉传感器2和线结构光发射器1距离固定件的距离。
计算机4，用于控制机电自动控制器3，使视觉传感器2和线结构光发射器1同时到达拍摄被测物体影像的准确位置。计算机通过识别视觉传感器的数据判断线结构光发射器是否对准了被测物体，并通过控制机电自动控制器使线结构光发射器自动定位。
更为具体的，机电自动控制器3运动的角度可通过人工调整或者计算机4控制，使得视觉传感器2和线结构光发射器1可以同时到达拍摄被测物体的准确位置。也就是说计算机4可以用对机电自动控制器3进行智能化控制，以及对视觉传感器2和线结构光发射器1的控制和数据采集分析。机电自动控制器3运动的角度可通过计算机4控制，使得从相邻角度拍摄的影像之间保持一定的重叠度。
本发明提供一种线结构光定位投射影像获取装置，包括线结构光视觉传感器以及完整的外部支撑结构及控制***。解决目前线结构光视觉传感器的由于其配套的外部支撑结构很不完善，制约线结构光视觉传感器在实际使用中的适用范围的问题，使得线结构光视觉传感器可以大规模的应用。本发明提供的线结构光定位投射影像获取装置特别适用于在电力工业在输变电设备基建、运行、检修过程中，对物体外形结构尺寸的校核和确定。
值得注意的是，本发明描述的是线结构光定位投射影像获取装置的一种产品形式，其它满足本发明结构的产品，即使材质、器件名称、外观、器件摆放顺序等不影响产品特性的因素不相同，仍然属于本发明保护的范围。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种线结构光定位投射影像获取装置，其特征在于，包括：
线结构光发射器，用于通过一柱面镜在空间中形成一激光平面，并投射在被测物体上，形成线结构光；
视觉传感器，用于获取所述被测物体带有线结构光的影像；
机电自动控制器，用于驱动并控制所述线结构光发射器的激光投射方向和所述视觉传感器获取影像的方向；
计算机，用于控制所述机电自动控制器，使视觉传感器和线结构光发射器同时到达拍摄被测物体影像的准确位置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视觉传感器设置在所述线结构光发射器的正上方，所述视觉传感器和所述线结构光发射器的中心在同一竖直直线上。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述视觉传感器和所述线结构光发射器分别固定在一根横向支撑轴一端的上下两面，且所述视觉传感器和所述线结构光发射器之间的相对位置保持刚性连接。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机电自动控制器包括：一根横向支撑轴和转向驱动器；
横向支撑轴，其一端用于连接固定所述视觉传感器和所述线结构光发射器，另一端固定在转向驱动器上；
转向驱动器，用于通过电机驱动所述视觉传感器和所述线结构光发射器沿绝缘子中轴线方向的俯仰、旋转及其组合的姿态调整。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在转向驱动器驱动视觉传感器运动的过程中，视觉传感器和线结构光发射器与被测物体形成不同夹角，使所述视觉传感器获取带有线结构光的被测物体影像。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述机电自动控制器还包括：支撑件，所述支撑件用于对所述横向支撑轴和转向驱动器进行支撑和固定；所述支撑件的一端与固定件连接，另一端连接所述转向驱动器。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述支撑件还用于控制所述视觉传感器和所述线结构光发射器的高度，或者控制所述视觉传感器和所述线结构光发射器距离所述固定件的距离。
8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述计算机通过识别所述视觉传感器的数据判断所述线结构光发射器是否对准了被测物体，并通过控制机电自动控制器使线结构光发射器自动定位。
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