[发明专利]一种大视场非接触三维点坐标测量方法及设备

说明书

本发明公开了一种大视场非接触三维点坐标测量方法及设备。本发明是在光笔上布置靶标点，将激光测距仪设置到所述光笔上，并标定激光测距仪在光笔坐标系下的位姿参数；提供相机并建立相机坐标系，确定光笔坐标系在相机坐标系下的位姿关系；利用激光测距仪照射被测点获得激光测距仪到被测点的距离，同时利用相机采集光笔上的靶标图像；根据激光测距仪到被测点的距离、激光测距仪在光笔坐标系下的位姿参数、相机采集到的光笔上的靶标图像以及光笔坐标系在相机坐标系下的位姿关系计算得到被测点在相机坐标系下的坐标。本发明能对目标物体进行非接触测量，因此可以实现对柔性物体和其它接触式测量不能胜任的测量工作。同时能够测量超大尺寸的物体。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，具体地说，是一种大视场非接触三维点坐标测量方法及设备。

背景技术

在工业生产中，对大型工件的三维测量建模，以及对各种设备产品的几何尺寸的现场测量需求越来越多，为此，基于摄影测量的非接触光学测量技术得到了越来越多的研究应用。其中，基于单目视觉或双目视觉的便携式光笔测量技术应用的尤为广泛。光笔测量系统一般由视觉系统和测量系统两部分组成。其中视觉系统用来获取测量系统的图像，一般为工业摄像机。测量系统由布置三个以上视觉靶标点的光笔组成，且光笔上安装有球形测量头。测量时，需要将光笔的测头接触被测目标点，由视觉系统获取图像，通过PnP(Pespective-n-Point)方法求解光笔上靶标在视觉系统下的位姿关系，求解测头在视觉系统坐标系下的坐标从而确定被测点坐标。其中，测头中心点在靶标坐标系下的坐标需要被提前精确标定出来。从光笔测量技术可以看出，该技术属于接触式测量，对某些柔性零件不能进行有效的测量，且由于测量系统的视场有限，不能测量较大尺寸的物体。

目前针对光笔测量技术的研究主要集中靶标结构、视觉系统标定，测量系统提高精度方面。还没有对光笔测量的接触式测量方法进行改进，并且有效提高光笔测量系统的测量范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大视场非接触三维点坐标测量方法及设备，可以将接触式测量方案转变为非接触式测量方案，能够适用于柔性标的物的测量，并能实现对较大尺寸的物体的测量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大视场非接触三维点坐标测量方法，包括：

A、在光笔上布置靶标点，将激光测距仪设置到所述光笔上，并标定激光测距仪在光笔坐标系下的位姿参数；

B、提供相机并建立相机坐标系，确定光笔坐标系在相机坐标系下的位姿关系；

C、利用激光测距仪照射被测点获得激光测距仪到被测点的距离，同时利用相机采集光笔上的靶标图像；

D、根据激光测距仪到被测点的距离、激光测距仪在光笔坐标系下的位姿参数、相机采集到的光笔上的靶标图像以及光笔坐标系在相机坐标系下的位姿关系计算得到被测点在相机坐标系下的坐标。

进一步地，所述步骤A中，在光笔上布置与光笔上的目标靶点相同的多个辅助靶标。

进一步地，所述激光测距仪采用脉冲激光测距仪或相位激光测距仪。

进一步地，所述步骤A中，通过测量单点多姿态的标定算法标定激光测距仪在光笔坐标系下的位姿参数。

进一步地，所述步骤A中，激光测距仪在光笔坐标系下由其起始点和光线出射方向来表示。

进一步地，所述步骤B中，所述相机为双目摄像机，通过立体视觉三维测量方法计算光笔上靶标点在相机坐标系下的坐标，再根据PnP方法求出光笔坐标系相对于相机坐标系的旋转矩阵R和T，从而确定光笔坐标系在相机坐标系下的位姿关系。

进一步地，所述步骤C中，所述激光测距仪以至少三个姿态照射空间中同一物点并得到测量距离；所述步骤D中，根据线性求解确定激光测距仪在光笔坐标系下的位姿参数定点p(x,y,z)和光线方向单位向量n。