[发明专利]一种结构光三维垂线测量装置及方法

权利要求书

1.一种结构光三维垂线测量装置，其特征在于，包括：计算机、CCD相机、线激光发射器、待测量垂线、支架、小球；

所述CCD相机与所示计算机连接；

所述线激光发射器放置于所述CCD相机下方，朝向所述待测量垂线，并发射水平方向的激光平面；

所述小球固定在所述待测量垂线上，所述待测量垂线通过所述支架悬挂于所述CCD相机前方。

2.一种利用权利要求1所述的结构光三维垂线测量装置进行结构光三维垂线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：计算机通过张正友相机标定法对CCD相机主点、CCD相机焦距、CCD相机畸变参数进行标定，得到标定后相机主点、标定后相机焦距、标定后相机畸变参数；

步骤2：计算机通过基于棋盘格的线结构光标定方法对激光平面参数进行标定，得到激光平面方程参数；

步骤3：将棋盘格竖直放置在CCD相机前方，计算机通过CCD相机采集第一姿态棋盘格图像,提取棋盘格角点的第一姿态图像坐标和在局部棋盘格世界坐标系下的第一姿态世界坐标，计算局部棋盘格世界坐标系的第一姿态，计算棋盘格角点在相机坐标系下的第一姿态相机坐标，将棋盘格角点在相机坐标系下的第一姿态相机坐标通过最小二乘拟合方法计算得到第一姿态棋盘格平面的法向量；

步骤4：将棋盘格旋转一定角度后，计算机通过CCD相机采集第二姿态棋盘格图像,提取棋盘格角点的第二姿态图像坐标和在局部棋盘格世界坐标系下的第二姿态世界坐标，计算局部棋盘格世界坐标系的第二位姿，计算棋盘格角点在相机坐标系下的第二姿态相机坐标，将棋盘格角点在相机坐标系下的第二姿态相机坐标通过最小二乘拟合方法计算得到第二姿态棋盘格平面的法向量；

步骤5：将第一姿态棋盘格平面的法向量、第二姿态棋盘格平面的法向量进行叉乘得到垂线方向向量标定参数；

步骤6：计算机控制CCD相机采集全景图像，结合CCD相机畸变参数对全景图像进行畸变矫正得到畸变校正后的图像，提取水平方向的激光平面与垂线相交的光点的图像坐标，提取小球中心点的图像坐标，构建垂线的解析方程以及小球中心点投影成像的光线方程，求解得到垂线在X、Y、Z三个方向上的位移。

3.根据权利要求2所述的结构光三维垂线测量方法，其特征在于：

步骤3所述提取棋盘格角点的第一姿态图像坐标和在局部棋盘格世界坐标系下的第一姿态世界坐标，具体为：

计算机采用棋盘格角点提取算法对第一姿态棋盘格图像进行处理，提取棋盘格角点的第一姿态图像坐标和在局部棋盘格世界坐标系下的第一姿态世界坐标。

4.根据权利要求3所述的结构光三维垂线测量方法，其特征在于：

步骤3所述计算局部棋盘格世界坐标系的第一姿态，具体为：

计算机采用PnP算法，结合棋盘格角点的第一姿态图像坐标和棋盘格角点在局部棋盘格世界坐标系下的第一姿态世界坐标，计算局部棋盘格世界坐标系的第一姿态；

步骤3所述计算棋盘格角点在相机坐标系下的第一姿态相机坐标，具体为：

结合标定后相机主点、标定后相机焦距、标定后相机畸变参数、局部棋盘格世界坐标系的第一位姿，通过相机成像模型计算棋盘格角点在相机坐标系下的第一姿态相机坐标。

5.根据权利要求2所述的结构光三维垂线测量方法，其特征在于：

步骤4所述提取棋盘格角点的第二姿态图像坐标和在局部棋盘格世界坐标系下的第二姿态世界坐标，具体如下：

计算机采用棋盘格角点提取算法对第二姿态棋盘格图像进行处理，提取棋盘格角点的第二姿态图像坐标和在局部棋盘格世界坐标系下的第二姿态世界坐标。