專利名稱：基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線陣相機(jī)的標(biāo)定方法，尤其涉及一種基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著三維空間信息服務(wù)的日益普及，人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的逼真性要求越來(lái)越高，三維測(cè)量技術(shù)也越來(lái)越受關(guān)注。目前，三維測(cè)量技術(shù)主要通過(guò)線陣相機(jī)獲取被測(cè)目標(biāo)物的圖像，并進(jìn)一步通過(guò)解算相機(jī)的內(nèi)方位元素來(lái)重建被測(cè)目標(biāo)物的絕對(duì)三維坐標(biāo)，解算相機(jī)內(nèi)方位元素的過(guò)程即稱為相機(jī)的標(biāo)定，由于在動(dòng)態(tài)拍攝時(shí)線陣相機(jī)和目標(biāo)物之間的相對(duì)位置不斷變化，傳統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定技術(shù)需要設(shè)計(jì)靶標(biāo)，分析靶標(biāo)上的特征線在影像中的分布，確定把標(biāo)語(yǔ)相機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系，進(jìn)而標(biāo)定相機(jī)的內(nèi)方位元素，這種方法不僅需要大量的運(yùn)算量，而且標(biāo)定精度也難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷， 提供一種降低相機(jī)標(biāo)定的工作量、相機(jī)標(biāo)定精度高的線陣相機(jī)的標(biāo)定系統(tǒng)及方法。一種基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)，包括一承載裝置、一激光掃描儀以及一解算裝置，所述激光掃描儀安裝在所述承載裝置上，所述承載裝置上裝設(shè)有一支架，所述支架上用于固定一線陣相機(jī)，所述激光掃描儀位于所述線陣相機(jī)的下方，所述激光掃描儀的激光掃描方向和線陣相機(jī)的鏡頭方向平行，且所述激光掃描儀和線陣相機(jī)的節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線上，所述激光掃描儀掃描獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述線陣相機(jī)拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測(cè)目標(biāo)物的圖像數(shù)據(jù)，所述解算裝置用于接收點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運(yùn)算出所述線陣相機(jī)的內(nèi)方位元素。一種基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法，包括通過(guò)一激光掃描儀獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；通過(guò)一待標(biāo)定的線陣相機(jī)拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測(cè)目標(biāo)物的圖像數(shù)據(jù)，其中所述激光掃描儀的掃描方向和線陣相機(jī)的鏡頭方向平行且所述激光掃描儀和線陣相機(jī)的節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線上；以及通過(guò)一解算裝置接收所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配， 以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運(yùn)算出所述線陣相機(jī)的內(nèi)方位元素。所述基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)及方法通過(guò)使所述激光掃描儀的激光掃描方向和代標(biāo)定的線陣相機(jī)的鏡頭方向平行，且兩者的節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線上，并通過(guò)所述解算裝置對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配，得到具有相同特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)來(lái)標(biāo)定線陣相機(jī)的內(nèi)方位元素，無(wú)需設(shè)計(jì)標(biāo)定標(biāo)靶即可標(biāo)定線陣相機(jī)的內(nèi)方為元素，降低了線陣相機(jī)標(biāo)定的運(yùn)算量，且具有較高的標(biāo)定精度。


圖1為本發(fā)明基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)的較佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的及方法的較佳實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)1的較佳實(shí)施方式包括一承載裝置10、一激光掃描儀12、一過(guò)濾板14及一解算裝置18，所述基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)1用于對(duì)一線陣相機(jī)16進(jìn)行標(biāo)定，所述相機(jī)16用于在三維測(cè)量過(guò)程中獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的圖像。所述激光掃描儀12、過(guò)濾板14及線陣相機(jī)16均安裝在所述承載裝置12上，其中， 所述激光掃描儀12安裝在所述承載裝置10的表面，所述承載裝置10上豎直固定有一支架 15，所述支架15固定在激光掃描儀12的周圍，所述過(guò)濾板14固定在所述支架15上，位于所述激光掃描儀12的上方。所述過(guò)濾板14包括一第一平板141、一第二平板142、一第三平板143及多個(gè)調(diào)節(jié)螺母144，所述第一、第二及第三平板141-143從下到上依次疊置，且通過(guò)所述多個(gè)調(diào)節(jié)螺母144固定在一起，所述多個(gè)調(diào)節(jié)螺母144分布在所述過(guò)濾板14的不同位置。所述線陣相機(jī)16固定在所述第三平板143上，所述線陣相機(jī)16的鏡頭方向與所述激光掃描儀12的激光掃描線平行，且兩者的節(jié)點(diǎn)(即所述激光掃描儀12的掃描中心以及所述線陣相機(jī)的光學(xué)中心)在同一豎直直線上。在其他事實(shí)方式中，所述線陣相機(jī)16也可通過(guò)懸吊的方式固定在所述激光掃描儀12的上方，所述線陣相機(jī)16也可安裝在所述激光掃描儀12的下方，只要使所述線陣相機(jī)16的鏡頭方向以及激光掃描儀12的激光掃描方向平行，且兩者的節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線即可。所述解算裝置18為一計(jì)算機(jī)，所述解算裝置通過(guò)線纜與所述激光掃描儀12以及線陣相機(jī)16連接。所述線陣相機(jī)16用于拍攝一被測(cè)目標(biāo)物體以獲取所述被測(cè)目標(biāo)物體的圖像數(shù)據(jù)，所述激光掃描儀12用于通過(guò)激光掃描的方式獲取所述被測(cè)目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述激光掃描儀12還作為所述線陣相機(jī)16的外觸發(fā)源，通過(guò)向所述線陣相機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)觸發(fā)所述線陣相機(jī)16進(jìn)行拍攝，以使所述線陣相機(jī)16與所述激光掃描儀12保持同步工作， 即所述激光掃描儀12在掃描某一位置的同時(shí)使所述線陣相機(jī)16也拍攝該位置。所述解算裝置18接收所述激光掃描儀12獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配，并通過(guò)平差運(yùn)算計(jì)算出所述線陣相機(jī)16的內(nèi)方位元素。當(dāng)由于震動(dòng)等外部因素引起所述線陣相機(jī)16的鏡頭方向和激光掃描儀12的激光掃描方向出現(xiàn)偏差而不平行時(shí)，可根據(jù)偏差的角度操作不同位置的調(diào)節(jié)螺母144，使所述第一、第二平板141、142之間具有空隙，并根據(jù)偏差程度在所述第一、第二平板141、142之間的空隙中塞入適當(dāng)厚度的墊尺或墊片17，以微調(diào)所述線陣相機(jī)16的姿態(tài)，使所述線陣相機(jī)16的鏡頭方向與激光掃描儀12的激光掃描方向平行。在其它實(shí)施方式中，例如，在一些精度要求較低的測(cè)量系統(tǒng)中或者當(dāng)所述激光掃描儀12和線陣相機(jī)16所產(chǎn)生的震動(dòng)足夠小時(shí)，可不對(duì)所述線陣相機(jī)16的姿態(tài)進(jìn)行微調(diào)，因此可直接使承載所述線陣相機(jī)16的第三平板143固定在所述支架15上，而省略所述第一、第二平板141、142、所述多個(gè)調(diào)節(jié)螺母144 以及所述墊片或墊尺17。請(qǐng)參考圖2，本發(fā)明基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法運(yùn)用于所述基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)1，其較佳實(shí)施方式包括如下步驟步驟Sl 通過(guò)所述激光掃描儀12掃描被測(cè)目標(biāo)物體以獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟S2 所述激光掃描儀12觸發(fā)所述線陣相機(jī)16對(duì)所述被測(cè)目標(biāo)物體進(jìn)行拍攝以得到所述被測(cè)目標(biāo)物體的圖像數(shù)據(jù)，所述激光掃描儀12是在對(duì)被測(cè)目標(biāo)物體進(jìn)行掃描的同時(shí)觸發(fā)所述線陣相機(jī)16進(jìn)行拍攝的，以使所述線陣相機(jī)16和激光掃描儀12同步工作，由于所述線陣相機(jī)16的鏡頭方向和激光掃描儀12的掃描方向平行，且所述激光掃描儀 12的激光節(jié)點(diǎn)和所述線陣相機(jī)的鏡頭節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線，所述線陣相機(jī)16可拍攝到所述激光掃描儀12當(dāng)前所掃描的位置。本實(shí)施方式中，所述步驟S2與步驟Sl同時(shí)進(jìn)行；步驟S3 通過(guò)操作所述多個(gè)調(diào)節(jié)螺母144調(diào)節(jié)所述第一、第二平板141、142之間的空隙，并在該空隙中塞入墊片或墊尺17使所述線陣相機(jī)10的鏡頭方向和激光掃描儀12 的掃描方向平行；以及步驟S4 通過(guò)所述解算裝置18對(duì)所述激光掃描儀14獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述線陣相機(jī)10獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配，并對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算以得到所述線陣相機(jī)16的內(nèi)方位元素，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述線陣相機(jī)16的標(biāo)定，其中，所述解算裝置18是通過(guò)平差運(yùn)算的方式得到所述線陣相機(jī)160的內(nèi)方為元素的。由于激光掃描儀12的激光掃描方向和線陣相機(jī)16的鏡頭方向平行，且所述激光掃描儀12和線陣相機(jī)16的節(jié)點(diǎn)在同一直線上，可保證所采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的一致性，有助于掃描得到的點(diǎn)云和拍攝得到的影像的相同特征點(diǎn)的查找，因此無(wú)需設(shè)計(jì)標(biāo)定標(biāo)靶即可實(shí)現(xiàn)線陣相機(jī)的標(biāo)定，節(jié)省了運(yùn)算量且具有較高的標(biāo)定精度。
權(quán)利要求
1.一種基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)，包括一承載裝置、一激光掃描儀以及一解算裝置，所述激光掃描儀安裝在所述承載裝置上，所述承載裝置上裝設(shè)有一支架，所述支架上用于固定一線陣相機(jī)，所述激光掃描儀位于所述線陣相機(jī)的下方，所述激光掃描儀的激光掃描方向和線陣相機(jī)的鏡頭方向平行，且所述激光掃描儀和線陣相機(jī)的節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線上，所述激光掃描儀掃描獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述線陣相機(jī)拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測(cè)目標(biāo)物的圖像數(shù)據(jù)，所述解算裝置用于接收點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運(yùn)算出所述線陣相機(jī)的內(nèi)方位元素。
2.如權(quán)利要求1所述的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)還包括一過(guò)濾板，所述過(guò)濾板固定在所述支架上，并用于安裝所述線陣相機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于所述過(guò)濾板包括一第一平板、一第二平板及一第三平板，所述第一至第三平板從下到上依次疊置，且通過(guò)多個(gè)可調(diào)節(jié)所述第一、第二平板間空隙的調(diào)節(jié)螺母固定在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于所述激光掃描儀通過(guò)向所述線陣相機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)所述激光掃描儀和線陣相機(jī)之間的同步工作。
5.如權(quán)利要求1所述的移動(dòng)建模與測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述解算裝置為一計(jì)算機(jī)。
6.一種基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法，包括通過(guò)一激光掃描儀獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；通過(guò)一待標(biāo)定的線陣相機(jī)拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測(cè)目標(biāo)物的圖像數(shù)據(jù)，其中所述激光掃描儀的掃描方向和線陣相機(jī)的鏡頭方向平行且所述激光掃描儀和線陣相機(jī)的節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線上；以及通過(guò)一解算裝置接收所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運(yùn)算出所述線陣相機(jī)的內(nèi)方位元素。
7.如權(quán)利要求6所述的基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法，其特征在于所述線陣相機(jī)是安裝在一過(guò)濾板上的，所述過(guò)濾板安裝在所述激光掃描儀和線陣相機(jī)之間，所述基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法還包括以下步驟通過(guò)所述過(guò)濾板板微調(diào)所述線陣相機(jī)的姿態(tài)以使所述線陣相機(jī)的鏡頭方向和激光掃描儀的掃描方向平行。
8.如權(quán)利要求7所述的基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法，其特征在于所述激光掃描儀安裝在所述承載裝置的上表面，所述過(guò)濾板通過(guò)一支架固定在所述承載裝置上表面并位于所述激光掃描儀的上方，所述過(guò)濾板包括一第一平板、一第二平板及一第三平板，所述第一至第三平板從下到上依次疊置，且通過(guò)多個(gè)調(diào)節(jié)螺母固定在一起，所述線陣相機(jī)安裝在所述第三平板上，所述基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法是通過(guò)以下方法微調(diào)所述線陣相機(jī)的姿態(tài)的操作所述多個(gè)調(diào)節(jié)螺母使所述第一、第二平板之間具有空隙；以及在所述第一、第二平板的空隙之間塞入預(yù)定厚度的墊片或墊尺。
9.如權(quán)利要求6所述的基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法，其特征在于所述線陣相機(jī)獲取被測(cè)目標(biāo)物的圖像數(shù)據(jù)的步驟包括所述線陣相機(jī)接收來(lái)自所述激光掃描儀的一脈沖信號(hào)。
10.如權(quán)利要求6所述的基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法，其特征在于所述解算裝置是通過(guò)平差運(yùn)算來(lái)計(jì)算所述線陣相機(jī)的內(nèi)方位元素的。
全文摘要
一種基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)，包括承載裝置、激光掃描儀以及解算裝置，激光掃描儀安裝在承載裝置上，承載裝置上裝設(shè)有一支架，用于固定一線陣相機(jī)，激光掃描儀位于線陣相機(jī)下方，激其激光掃描方向和線陣相機(jī)的鏡頭方向平行，且激光掃描儀和線陣相機(jī)的節(jié)點(diǎn)在同一豎直直線上，激光掃描儀掃描獲取被測(cè)目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，線陣相機(jī)拍攝激光掃描儀所掃描的位置以獲取被測(cè)目標(biāo)物的圖像數(shù)據(jù)，解算裝置接收點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運(yùn)算線陣相機(jī)的內(nèi)方位元素。本發(fā)明還提供了一種基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的方法，所述基于激光掃描儀標(biāo)定線陣相機(jī)的系統(tǒng)及方法降低了標(biāo)定線陣相機(jī)的工作量。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102339463SQ201010236249
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者劉先林, 宮輝力, 王留召, 鐘若飛 申請(qǐng)人:首都師范大學(xué)