[发明专利]一种发散型多线激光投影测量仿真系统及其实现方法

权利要求书

1.一种发散型多线激光投影测量仿真系统的实现方法，其特征在于：一种发散型多线激光投影测量仿真系统，包括由参考平面、摄像机、激光器、被测物体构成的三维测量系统结构；被测物体放置于参考平面中心位置，摄像机固定于参考平面正上方特定高度，摄像机光轴与参考平面垂直，激光器固定于摄像机一侧并以设定的倾斜角度将多线激光投射到参考平面和被测物体上，由摄像机采集相应的光条纹图像；激光器为发散型多线激光器，其光条纹数量可作任意调整，每条光条纹基于高斯分布函数进行灰度计算，相邻条纹间的夹角为固定值；三维测量系统结构的坐标系及相关点的定义如下：OX_WY_WZ_W为世界坐标系，OX_WY_W为世界坐标系的参考平面，O₁X_JY_JZ_J为激光器坐标系；P点为像素坐标点，位于CCD阵列上，C点为摄像机镜头中心，J点为发散型多线激光器的光心；Ac点表示世界坐标系下PC延长线与被测物体表面的交点，B_C点表示世界坐标系下PC延长线与参考平面表面的交点；A_J点和B_J点分别表示Ac点和B_C点经过坐标系转换后的位于激光器坐标系下的对应点；

方法包括以下步骤：

Step 1.将表示被测物体的曲面模型应用编程语言编入被测物体模块，之后在结构参数设置模块中设置三维测量系统的结构参数；

Step 2.连接像素点和摄像机镜头中心点得到一条直线，即连接P点和C点得到直线PC，并且计算该直线PC与世界坐标系参考平面OX_WY_W的交点M点的坐标；

Step 3.将Step 2中得到的M点作为迭代计算的初始点，依据被测物体的模型，从初始点M出发，沿着CP直线，以变步长迭代的方法，搜索出该直线PC与物体表面模型的交点Ac的空间三维坐标值；

Step 4.将Step 3得到的Ac点的空间三维坐标值转换至多线激光器坐标系下，Ac点在激光器坐标系下表示为A_J；

Step 5.根据多线激光器位置参数计算多线激光条纹在三维空间的分布情况，再结合高斯分布函数计算出A_J点在激光器坐标系中的灰度值；

Step 6.依据A_J点的位置坐标对灰度值进行调制计算，以此得到该点的仿真灰度值；

Step 7.重复Step 2-Step 6，依次对图像上的其他点进行处理，得到所有点的仿真灰度值；

所述Step 2中计算直线PC与参考平面OX_WY_W的交点M点的坐标，具体计算过程如下：

P点位于CCD阵列上，其坐标值P(u₀,v₀)的大小等于每个象元的长宽的倍数，即单像素的像长和像宽分别乘以其所在的行列数，计算公式如(1)(2)所示；

|u₀|＝i*p_x (1)

|v₀|＝j*p_y (2)

其中，u₀和v₀分别表示P点的像素坐标值，i和j分别表示该像素点所在的行数与列数，p_x和p_y分别表示单像素的长和宽；

在世界坐标系中，PC连线的延长线与参考平面OX_WY_W的交点为M点，依据相似三角形原理可以得到M点的具体坐标值M(X_M,Y_M),计算公式如(3)(4)所示；

其中，X_M和Y_M分别表示M点的坐标值，L_C表示摄像机镜头中心到参考平面OX_WY_W的距离，用于表示摄像机的空间高度，f表示摄像机镜头的焦距。

2.根据权利要求1所述的一种发散型多线激光投影测量仿真系统的实现方法，其特征在于：激光器的默认光条纹数量值设置为25，摄像机光轴与激光器光轴无需保证存在交点。