CN116202423A - 一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法 - Google Patents

一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法 Download PDF

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CN116202423A CN202310404679.XA CN202310404679A CN116202423A CN 116202423 A CN116202423 A CN 116202423A CN 202310404679 A CN202310404679 A CN 202310404679A CN 116202423 A CN116202423 A CN 116202423A
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何胜波
蔡根
赵建平
范兴超
冯常
廖礼斌
吴国强
叶化
杨丽
王东升
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法，该方法利用的测量装置包括图像获取模块、安装框架、激光投射器和控制处理***，图像获取模块、安装框架、激光投射器组成测量探头，该方法共使用两台测量探头和一台控制处理***。方法包括：标定块放置于目标位置，与两台测量装置呈三角关系，控制处理***根据当前激光线的图像完成对目标位置的标定；移走标定块，移入目标定位物体进行定位，定位过程中通过对当前激光线图像的实时计算，基于激光三角法得出目标物体到目标位置的相对距离。使用该方法对目标物体进行定位时，无需复杂设备、繁琐定位流程和目标材质要求，根据辅助激光线以及图像处理算法，即可实现待定位物体的二维精确定位。

Description

一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法。
背景技术
常见的激光三角定位方式使用点激光和图像接受单元，只能在一维上定位目标，然而在大多数使用场景，我们并不满足于在一维上定位目标，而是需要在二维上去定位相对坐标。并且，在实际的工业应用中，仅仅靠数据去定位是有风险的，我们期望获得数据的同时也能看到真实影像，起到相互验证的作用。最后，点激光的方式不能识别大目标横向位移，这个物体可以通过线激光有效解决。
发明内容
本发明目的旨在克服以上缺陷，提供一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法。
本发明采用的技术方案为：一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法，包括以下步骤：
步骤A.通过安装框架将激光投射器和图像获取模块以一定角度固定组成测量模块，将两台测量模块以合适角度放置，与目标定位位置呈三角关系；
步骤B.定位前先使用标定件放置于目标位置进行标定，定位时控制***实时判断待定位物体到目标位置的相对坐标，标定件需要和目标物体形状一致，目标物体需要是柱状物体；
步骤C.提取激光线的灰度中心线，求解灰度中心线的重心，以此为依据判断被测物体到测量探头的相对距离，再根据目标位置到两个测量模块的相对距离，获得被测物体到目标位置的相对坐标。
所述的步骤C具体方法为：首先获取包含激光线的图像，并进行滤波和灰度阈值分割处理，得到无噪声和灰度大于阈值的图像。然后逐列计算光条纹区域的灰度重心点，设像素点的横纵坐标分别为变量x和变量y，I(x,y)是坐标为(x,y)的像素点的灰度值。设x列的非零区间为[y1,y2]，则x列的灰度重心xc为：
Figure BDA0004180889740000021
设激光中心线的水平非零区间为[x1,x2]，则激光线中心的纵坐标Lc为：
Figure BDA0004180889740000022
激光线中心的纵坐标Lc在相机成像面上的位移cc'和标定平面与测量平面的距离pp'，符合斯涅尔定律，结合相似三角形公式可得公式：
Figure BDA0004180889740000023
式中α为相机光轴与成像平面的夹角,β为相机光轴与标定平面的夹角，gc、gp分别为透镜g沿着光轴到成像面和标定面的距离，可以通过标定获取。根据以上公式，当已知图像上激光线的偏移量cc'时可以求解出测量平面到标定平面的距离pp'。
根据海伦定理，得到公式：
Figure BDA0004180889740000024
式中q为三角形ap1p2周长的一半，am为三角形ap1p2的高，ap1为目标a到相机p1的距离，ap2为目标a到相机p2的距离，p1p2为相机p1到相机p2的距离。如前文所述，ap1、ap2可以根据图像上激光线的偏移量求解，p1p2是固定参数，则被测物体的坐标(p1m,am)可以被求解。被测物体到目标位置的相对坐标为被测物体坐标到目标坐标的差值。
本发明的有益效果是：
使用上述一种线激光二维定位方法对被测物体进行定位时，可以在二维上定位被测物体到目标位置的相对坐标，该方法在定位的同时也能肉眼观察定位情况，该方法可以只使用一台测量模块的情况下识别出平行方向的微小位移，可实现高精度的目标定位。
附图说明
图1是本发明一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法的装置示意图；
图2是本发明一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法的流程框图；
图3是本发明一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法的激光三角法的原理示意图；
图4是本发明一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法的二维定位原理示意图；
图中附图标记为：1为图像获取模块，2为安装框架，3为激光投射器，4为控制处理***。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明进一步说明：
如图1所示，一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法的装置包括：图像获取模块1、安装框架2、激光投射器3、控制处理***4。图像获取模块1用于获取图像数据；激光投射器3用于发出线激光；安装框架2用于固定图像获取模块1和激光投射器3；控制处理***4连接到安装框架2用于与图像获取模块1和激光投射器3交互和供电；
如图2所示，上述一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法，包括以下步骤：
步骤A.通过安装框架2将激光投射器3和图像获取模块1以一定角度固定组成测量模块，将两台测量模块以合适角度放置，与目标定位位置呈三角关系；
步骤B.定位前先使用标定件放置于目标位置进行标定，定位时控制***实时判断待定位物体到目标位置的相对坐标，标定件需要和目标物体形状一致，目标物体需要是柱状物体；
步骤C.提取激光线的灰度中心线，求解灰度中心线的重心，以此为依据判断被测物体到测量探头的相对距离，再根据目标位置到两个测量模块的相对距离，获得被测物体到目标位置的相对坐标。
所述的步骤C具体方法为：首先获取包含激光线的图像，并进行滤波和灰度阈值分割处理，得到无噪声和灰度大于阈值的图像。然后逐列计算光条纹区域的灰度重心点，设像素点的横纵坐标分别为变量x和变量y，I(x,y)是坐标为(x,y)的像素点的灰度值。设x列的非零区间为[y1,y2]，则x列的灰度重心xc为：
Figure BDA0004180889740000031
设激光中心线的水平非零区间为[x1,x2]，则激光线中心的纵坐标Lc为：
Figure BDA0004180889740000032
激光线中心的纵坐标Lc在相机成像面上的位移cc'和标定平面与测量平面的距离pp'，符合斯涅尔定律，结合相似三角形公式可得公式：
Figure BDA0004180889740000041
式中α为相机光轴与成像平面的夹角,β为相机光轴与标定平面的夹角，gc、gp分别为透镜g沿着光轴到成像面和标定面的距离，可以通过标定获取。根据以上公式，当已知图像上激光线的偏移量cc'时可以求解出测量平面到标定平面的距离pp'。
根据海伦定理，得到公式：
Figure BDA0004180889740000042
式中q为三角形ap1p2周长的一半，am为三角形ap1p2的高，ap1为目标a到相机p1的距离，ap2为目标a到相机p2的距离，p1p2为相机p1到相机p2的距离。如前文所述，ap1、ap2可以根据图像上激光线的偏移量求解，p1p2是固定参数，则被测物体的坐标(p1m,am)可以被求解。被测物体到目标位置的相对坐标为被测物体坐标到目标坐标的差值。
本技术的实际效果受两个测量模块夹角、相机分辨率、相机和激光器夹角、相机焦距等诸多因素共同影响，其中的核心在于测量模块的定位精度。以500万像素的工业相机和55mm的定焦镜头进行测试，对1m距离的目标物体的定位精度高于0.1mm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A.通过安装框架将激光投射器和图像获取模块以一定角度固定组成测量模块，将两台测量模块以合适角度放置，与目标定位位置呈三角关系；
步骤B.定位前先使用标定件放置于目标位置进行标定，定位时控制***实时判断待定位物体到目标位置的相对坐标，标定件需要和目标物体形状一致，目标物体需要是柱状物体；
步骤C.提取激光线的灰度中心线，求解灰度中心线的重心，以此为依据判断被测物体到测量探头的相对距离，再根据目标位置到两个测量模块的相对距离，获得被测物体到目标位置的相对坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光三角测距的线激光定位方法，其特征在于：所述的步骤C具体方法为：首先获取包含激光线的图像，并进行滤波和灰度阈值分割处理，得到无噪声和灰度大于阈值的图像。然后逐列计算光条纹区域的灰度重心点，设像素点的横纵坐标分别为变量x和变量y，I(x,y)是坐标为(x,y)的像素点的灰度值。设x列的非零区间为[y1,y2]，则x列的灰度重心xc为：
Figure FDA0004180889730000011
设激光中心线的水平非零区间为[x1,x2]，则激光线中心的纵坐标Lc为：
Figure FDA0004180889730000012
激光线中心的纵坐标Lc在相机成像面上的位移cc'和标定平面与测量平面的距离pp'，符合斯涅尔定律，结合相似三角形公式可得公式：
Figure FDA0004180889730000013
式中α为相机光轴与成像平面的夹角,β为相机光轴与标定平面的夹角，gc、gp分别为透镜g沿着光轴到成像面和标定面的距离，可以通过标定获取。根据以上公式，当已知图像上激光线的偏移量cc'时可以求解出测量平面到标定平面的距离pp'。
根据海伦定理，得到公式：
Figure FDA0004180889730000021
式中q为三角形ap1p2周长的一半，am为三角形ap1p2的高，ap1为目标a到相机p1的距离，ap2为目标a到相机p2的距离，p1p2为相机p1到相机p2的距离。如前文所述，ap1、ap2可以根据图像上激光线的偏移量求解，p1p2是固定参数，则被测物体的坐标(p1m,am)可以被求解。被测物体到目标位置的相对坐标为被测物体坐标到目标坐标的差值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117451657A (zh) * 2023-10-23 2024-01-26 南京审计大学 一种烟气干扰环境下远距离长波红外线激光测量仪及测量方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117451657A (zh) * 2023-10-23 2024-01-26 南京审计大学 一种烟气干扰环境下远距离长波红外线激光测量仪及测量方法
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