本發(fā)明屬于測(cè)控領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像處理的激光束空間定位裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，空間定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑和工程機(jī)械行業(yè)。對(duì)現(xiàn)有的空間定位方法而言，多為多點(diǎn)定位，即采用多個(gè)攝像頭或者多個(gè)激光束利用三點(diǎn)定位的原則對(duì)空間物體進(jìn)行定位；但采用多個(gè)攝像頭和多個(gè)激光束進(jìn)行定位，對(duì)空間的要求較大，而且相當(dāng)一部分定位方法的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因而易對(duì)實(shí)際作業(yè)造成困擾。因此，如何能夠在有限空間內(nèi)對(duì)空間中內(nèi)的物體進(jìn)行有效的空間定位，同時(shí)，又避免整個(gè)定位裝置結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像處理的激光束空間定位裝置及方法，利用攝像機(jī)和圖像處理技術(shù)在平面中檢測(cè)到空間物體，再里面繞測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的激光束對(duì)物體進(jìn)行捕捉，并記錄此時(shí)相對(duì)原定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離，然后根據(jù)光學(xué)原理測(cè)得激光束發(fā)射點(diǎn)到被測(cè)物體的距離，在保證對(duì)空間中內(nèi)的物體進(jìn)行有效的定位的同時(shí)簡(jiǎn)化整個(gè)定位裝置，方便實(shí)際作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于圖像處理的激光束空間定位裝置，包括主機(jī)以及設(shè)置在主機(jī)頂部的舵機(jī)組，舵機(jī)組包括安裝在主機(jī)頂部的水平舵機(jī)臂以及一端鉸鏈接在水平舵機(jī)頂端的豎直舵機(jī)臂，豎直舵機(jī)臂另一端安裝有距離測(cè)量裝置，距離測(cè)量裝置正下方的豎直舵機(jī)臂上安裝有激光發(fā)生器，距離測(cè)試裝置用于檢測(cè)激光發(fā)射器發(fā)射激光方向的距離，水平舵機(jī)臂和豎直舵機(jī)臂上還安裝有用來(lái)測(cè)量舵機(jī)臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器；主機(jī)前端面上設(shè)置有用于捕捉被測(cè)物的攝像頭，主機(jī)后端面上設(shè)置有顯示器。

所述激光發(fā)射器采用單激光發(fā)射器，所述攝像頭采用廣角攝像頭。

還包括激光接收器和計(jì)時(shí)器，激光接收器用于接收激光發(fā)射器發(fā)出的光束照射到被測(cè)物體時(shí)發(fā)生反射的光束；計(jì)時(shí)器用于記錄激光發(fā)射器的激光發(fā)射時(shí)間t₁和激光接收器收到發(fā)射光束的時(shí)間t₂，還包括設(shè)置在主機(jī)內(nèi)的單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有激光的傳輸速度v，單片機(jī)用于接收角度傳感器監(jiān)測(cè)到的水平舵機(jī)臂和豎直舵機(jī)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以及計(jì)時(shí)器記錄的激光發(fā)射時(shí)間t₁和激光接收器收到發(fā)射光束的時(shí)間t₂，并將計(jì)算得到被測(cè)物體的空間位置發(fā)送給顯示器，顯示器用于顯示被測(cè)物體的空間位置。

一種基于圖像處理的激光束空間定位方法，包括以下步驟：

步驟一：將被測(cè)物體置于攝像頭的視野中，用攝像頭拍攝，并將拍攝得到圖像傳送給單片機(jī)；

步驟二：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)接收到的圖像進(jìn)行處理，步驟得到圖像中的被測(cè)物體邊界以及激光點(diǎn)位置，確定激光點(diǎn)和被測(cè)物之間的位置關(guān)系；

步驟三：由單片機(jī)控制舵機(jī)組帶動(dòng)激光發(fā)射器發(fā)射的激光束轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)角度傳感器測(cè)量激光束轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，當(dāng)激光束轉(zhuǎn)動(dòng)至指向被測(cè)物體的幾何中心時(shí)，舵機(jī)組停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄角度傳感器測(cè)得的激光束水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)角度α和鉛垂面轉(zhuǎn)動(dòng)角度β；

步驟四：測(cè)量點(diǎn)激光發(fā)射器到被測(cè)物體的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線距離d；

先由激光發(fā)射器發(fā)射的光透過(guò)凸透鏡產(chǎn)生一束平行的光源同時(shí)由計(jì)時(shí)器記錄此時(shí)時(shí)刻t₁；當(dāng)光束照射到被測(cè)物體時(shí)發(fā)生反射，發(fā)生反射的光束沿原路返回，再次透過(guò)凸透鏡、光柵和濾光鏡被激光接收器接收，當(dāng)激光接收器接收到返回的激光時(shí)，計(jì)時(shí)器再次記錄此時(shí)的時(shí)刻t₂，并傳給單片機(jī)，且已知激光的傳輸速度v，則距離d計(jì)算公式如下：

d＝v×(t₂-t₁)

步驟五：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)d、α和β參數(shù)算出被測(cè)物的三維坐標(biāo)，再通過(guò)顯示裝置將被測(cè)物的三維坐標(biāo)顯示出來(lái)。

所述的步驟三中使用的激光束為單束，在進(jìn)行空間定位時(shí)通過(guò)測(cè)量單激光束繞測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)角度傳感器記錄此時(shí)的角度α和β。

所述的步驟五是由根據(jù)步驟三測(cè)到的角度參數(shù)α和β、步驟四測(cè)得距離參數(shù)d來(lái)描述，其計(jì)算時(shí)利用了空間坐標(biāo)(x,y,z)的形式表示出來(lái)，并進(jìn)行顯示。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在不降低定位精度的情況下，對(duì)空間的占用沒(méi)有那么高的要求，同時(shí)，其所組成結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且根據(jù)本發(fā)明中提到的定位方法進(jìn)行定位的話，所需的成本也較低，準(zhǔn)備起來(lái)也比較容易。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的組成圖；

圖2為本發(fā)明裝置的工作流程圖。

附圖中：1.激光發(fā)生器；2.距離測(cè)量裝置；3.舵機(jī)組；4.角度傳感器；5.顯示器；6.單片機(jī)；7.廣角攝像頭；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，需要說(shuō)明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明裝置包括主機(jī)以及設(shè)置在主機(jī)頂部的舵機(jī)組3，舵機(jī)組3包括安裝在主機(jī)頂部的水平舵機(jī)臂以及一端鉸鏈接在水平舵機(jī)頂端的豎直舵機(jī)臂，豎直舵機(jī)臂另一端安裝有距離測(cè)量裝置2，距離測(cè)量裝置2正下方的豎直舵機(jī)臂上安裝有激光發(fā)生器1，距離測(cè)試裝置用于檢測(cè)激光發(fā)射器1發(fā)射激光方向的距離，水平舵機(jī)臂和豎直舵機(jī)臂上還安裝有用來(lái)測(cè)量舵機(jī)臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器4；主機(jī)前端面上設(shè)置有用于捕捉被測(cè)物的攝像頭7，主機(jī)后端面上設(shè)置有顯示器5；還包括激光接收器和計(jì)時(shí)器，激光接收器用于接收激光發(fā)射器1發(fā)出的光束照射到被測(cè)物體時(shí)發(fā)生反射的光束；計(jì)時(shí)器用于記錄激光發(fā)射器1的激光發(fā)射時(shí)間t₁和激光接收器收到發(fā)射光束的時(shí)間t₂，還包括設(shè)置在主機(jī)內(nèi)的單片機(jī)6，單片機(jī)6內(nèi)存儲(chǔ)有激光的傳輸速度v，單片機(jī)6用于接收角度傳感器4監(jiān)測(cè)到的水平舵機(jī)臂和豎直舵機(jī)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以及計(jì)時(shí)器記錄的激光發(fā)射時(shí)間t₁和激光接收器收到發(fā)射光束的時(shí)間t₂，并將計(jì)算得到被測(cè)物體的空間位置發(fā)送給顯示器5，顯示器5用于顯示被測(cè)物體的空間位置。

本發(fā)明中的激光發(fā)射器1采用單激光發(fā)射器，攝像頭7采用廣角攝像頭。

如圖2所示，本發(fā)明的方法包括以下步驟：

步驟一：將被測(cè)物體置于攝像頭的視野中，用攝像頭拍攝，并將拍攝得到圖像傳送給單片機(jī)；

步驟二：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)接收到的圖像進(jìn)行處理，步驟得到圖像中的被測(cè)物體邊界以及激光點(diǎn)位置，確定激光點(diǎn)和被測(cè)物之間的位置關(guān)系；

步驟三：由單片機(jī)控制舵機(jī)組帶動(dòng)激光發(fā)射器發(fā)射的激光束轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)角度傳感器測(cè)量激光束轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，當(dāng)激光束轉(zhuǎn)動(dòng)至指向被測(cè)物體的幾何中心時(shí)，舵機(jī)組停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄角度傳感器測(cè)得的激光束水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)角度α和鉛垂面轉(zhuǎn)動(dòng)角度β；

步驟四：測(cè)量點(diǎn)激光發(fā)射器到被測(cè)物體的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線距離d；

先由激光發(fā)射器發(fā)射的光透過(guò)凸透鏡產(chǎn)生一束平行的光源同時(shí)由計(jì)時(shí)器記錄此時(shí)時(shí)刻t₁；當(dāng)光束照射到被測(cè)物體時(shí)發(fā)生反射，發(fā)生反射的光束沿原路返回，再次透過(guò)凸透鏡、光柵和濾光鏡被激光接收器接收，當(dāng)激光接收器接收到返回的激光時(shí)，計(jì)時(shí)器再次記錄此時(shí)的時(shí)刻t₂，并傳給單片機(jī)，且已知激光的傳輸速度v，則距離d計(jì)算公式如下：

d＝v×(t₂-t₁)

步驟五：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)d、α和β參數(shù)算出被測(cè)物的三維坐標(biāo)，再通過(guò)顯示裝置將被測(cè)物的三維坐標(biāo)顯示出來(lái)。

所述的步驟三中使用的激光束為單束，在進(jìn)行空間定位時(shí)通過(guò)測(cè)量單激光束繞測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)角度傳感器記錄此時(shí)的角度α和β。

所述的步驟五是由根據(jù)步驟三測(cè)到的角度參數(shù)α和β、步驟四測(cè)得距離參數(shù)d來(lái)描述，其計(jì)算時(shí)利用了空間坐標(biāo)(x,y,z)的形式表示出來(lái)，并進(jìn)行顯示。

本發(fā)明的單激光發(fā)射器1、攝像頭7、舵機(jī)組3、單片機(jī)6、距離測(cè)量裝置2、角度傳感器4和顯示器5之間通過(guò)數(shù)據(jù)連接線進(jìn)行連接。