本發(fā)明涉及一種空間測繪系統(tǒng)及方法具體涉及一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

空間測繪是利用發(fā)射光線掃描實(shí)現(xiàn)空間的三維繪制，現(xiàn)有技術(shù)是依靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)備帶動(dòng)單個(gè)光線發(fā)射源完成空間掃描,由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)備的穩(wěn)定性和壽命有限，并且單個(gè)光線發(fā)射源掃描的速度和準(zhǔn)確率低，從而嚴(yán)重制約了空間測繪的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)及方法，可以提高空間測繪的速度、穩(wěn)定性、效率和準(zhǔn)確率。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)，包括陣列光發(fā)射模塊、陣列接收模塊和處理模塊。

所述陣列光發(fā)射模塊用于發(fā)射結(jié)構(gòu)光陣列，且所述結(jié)構(gòu)光陣列經(jīng)過空間中的被測物體形成影像陣列。

所述陣列接收模塊用于通過接收并初步處理所述影像陣列形成影像陣列信息，并將所述影像陣列信息發(fā)送給所述處理模塊。

所述處理模塊用于對(duì)所述影像陣列信息進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)利用結(jié)構(gòu)光陣列可以對(duì)空間進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的掃描，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)不含機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)備,可以大幅提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

在進(jìn)一步，還包括反饋調(diào)制模塊。

所述處理模塊還用于統(tǒng)計(jì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征，并將所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征發(fā)送給所述反饋調(diào)制模塊。

所述反饋調(diào)制模塊用于根據(jù)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，并將所述調(diào)制信號(hào)反饋給所述陣列光發(fā)射模塊。

所述陣列光發(fā)射模塊還用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)發(fā)射的所述結(jié)構(gòu)光陣列進(jìn)行調(diào)制。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：反饋調(diào)制模塊可以使整個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)更靈敏,并可根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)的變化調(diào)整結(jié)構(gòu)光陣列在空間和時(shí)間上的分布,從而進(jìn)一步提高空間測繪的效率和準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步，所述陣列光發(fā)射模塊還用于將所述調(diào)制信號(hào)傳遞給所述處理模塊，所述處理模塊結(jié)合所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述影像陣列信息利用三角測距原理進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：處理模塊結(jié)合所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述影像陣列信息利用三角測距原理進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以提高三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步，所述陣列光發(fā)射模塊包括結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣列和光線調(diào)制陣列，

所述結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣列為由多組結(jié)構(gòu)光光源組成的陣列，所述光線調(diào)制陣列用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣列中的每一個(gè)結(jié)構(gòu)光光源發(fā)出的光線進(jìn)行單獨(dú)調(diào)制，還用于將接收到的調(diào)制信號(hào)傳遞給所述處理模塊。

調(diào)采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣列為由多組結(jié)構(gòu)光光源組成的陣列，在掃描的過程中有多束光同時(shí)掃描，掃描范圍大，從而可以提高空間測繪速度。

進(jìn)一步，所述結(jié)構(gòu)光光源包括點(diǎn)光源、線光源、網(wǎng)格線光源、網(wǎng)格點(diǎn)光源、隨機(jī)點(diǎn)光源、以預(yù)設(shè)函數(shù)形成的空間光強(qiáng)分布的光源以及漫射光源中的一種或多種的組合。

進(jìn)一步，所述陣列接收模塊包括鏡片陣列和接收陣列，所述接收陣列

通過所述鏡片陣列接收所述影像陣列，并對(duì)所述影像陣列進(jìn)行放大降噪處理形成影像陣列信息,且通過約定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將所述影像陣列信息傳送給所述處理單元。

進(jìn)一步，所述鏡片陣列包括透鏡、反射鏡、衍射光學(xué)元件、梯度折射率透鏡以及全息光學(xué)元中的一種或多種的組合。

基于上述一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪方法。

列一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測\繪方法，包括以下步驟。

s1，發(fā)射結(jié)構(gòu)光陣列，且所述結(jié)構(gòu)光陣列經(jīng)過空間中的被測物體形成影像陣列。

s2，接收并初步處理所述影像陣列形成影像陣列信息。

s3，對(duì)所述影像陣列信息進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系方法用結(jié)構(gòu)光陣列可以對(duì)空間進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的掃描，同時(shí)不含機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)備,可以大幅提高掃描的穩(wěn)定性和壽命。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，還包括s4。

s4，統(tǒng)計(jì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征，并根據(jù)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征

產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，且根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)發(fā)射的所述結(jié)構(gòu)光陣列進(jìn)行調(diào)制。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：反饋調(diào)制可以使反應(yīng)更靈敏,并可根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)的變化調(diào)整結(jié)構(gòu)光陣列在空間和時(shí)間上的分布,從而進(jìn)一步提高空間測繪的效率和準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步，在s3中，對(duì)所述影像陣列信息進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的具體方法為，結(jié)合所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述影像陣列信息利用三角測距原理進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：結(jié)合所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述影像陣列信息利用三角測距原理進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以提高三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)，包括陣列光發(fā)射模塊、陣列接收模塊和處理模塊，所述陣列光發(fā)射模塊、陣列接收模塊和處理模塊的具體介紹如下：

所述陣列光發(fā)射模塊用于發(fā)射結(jié)構(gòu)光陣列，且所述結(jié)構(gòu)光陣列經(jīng)過空間中的被測物體形成影像陣列；其中，結(jié)構(gòu)光陣列為由多組結(jié)構(gòu)光組成的陣列，即其是由多個(gè)單光線發(fā)射源發(fā)射的結(jié)構(gòu)光組合而成的光陣列。

所述陣列接收模塊用于通過接收并初步處理所述影像陣列形成影像陣列信息，并將所述影像陣列信息發(fā)送給所述處理模塊；其中，所述陣列接收模塊的初步處理具體包括放大降噪等處理；陣列接收模塊將所述影像陣列信息通過約定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)送給所述處理模塊。

所述約定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括單不限于一維或多維的數(shù)組,鏈表,地址列表,面向?qū)ο箢惤Y(jié)構(gòu)等。

所述處理模塊用于對(duì)所述影像陣列信息進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其中，所述處理模塊的處理具體為對(duì)不同特征的結(jié)構(gòu)光下的影像進(jìn)行分離或整合的處理，分離處理是指分別獨(dú)立提取多種特征的結(jié)構(gòu)光下的影像中的一種特征的結(jié)構(gòu)光下的影像進(jìn)行灰度、二值化、邊緣檢測、空間濾波、時(shí)序?yàn)V波和影像配準(zhǔn)等處理，整合處理是指同時(shí)提取多種特征的結(jié)構(gòu)光下的影像中的兩種或兩種以上特征的結(jié)構(gòu)光下的影像進(jìn)行灰度、二值化、邊緣檢測、空間濾波、時(shí)序?yàn)V波和影像配準(zhǔn)等處理。

本發(fā)明的系統(tǒng)中還包括反饋調(diào)制模塊，所述處理模塊還用于統(tǒng)計(jì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征，并將所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征發(fā)送給所述反饋調(diào)制模塊；所述反饋調(diào)制模塊用于根據(jù)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，并將所述調(diào)制信號(hào)反饋給所述陣列光發(fā)射模塊。所述陣列光發(fā)射模塊還用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)發(fā)射的所述結(jié)構(gòu)光陣列進(jìn)行調(diào)制。所述陣列光發(fā)射模塊還用于將所述調(diào)制信號(hào)傳遞給所述處理模塊，所述處理模塊結(jié)合所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述影像陣列信息利用三角測距原理進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

其中，所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征是指三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間上分布的特征,包括強(qiáng)度,密度,曲率等。

其中，所述陣列光發(fā)射模塊對(duì)結(jié)構(gòu)光陣列進(jìn)行調(diào)制包括對(duì)結(jié)構(gòu)光的相位、偏振、偏轉(zhuǎn)、光強(qiáng)和光強(qiáng)在空間上的分布結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)制，光強(qiáng)在空間上的分布結(jié)構(gòu)包括物體背景照明、分區(qū)照明、點(diǎn)照明、線照明、網(wǎng)格線照明、網(wǎng)格點(diǎn)照明、漫射照明和不同照明方式的混合。

其中，三角測距原理為:

結(jié)構(gòu)光平面與相機(jī)光軸夾角為機(jī)器視覺-結(jié)構(gòu)光測量之三角測量原理角，取世界坐標(biāo)系ow-xw-yw-zw的原點(diǎn)ow位于相機(jī)光軸與結(jié)構(gòu)光平面的交點(diǎn)，xw軸和yw軸分別與相機(jī)坐標(biāo)系xc軸和yc軸平行，zw與相機(jī)坐標(biāo)系z(mì)c重合但方向相反，ow與相機(jī)坐標(biāo)系oc的距離為l。

則世界坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系有如下關(guān)系為，

。

a的像為a′，在世界坐標(biāo)系中，視線oa′的方程為，

。

在世界坐標(biāo)系中，結(jié)構(gòu)光平面的方程為，

。

解得，

。

又由于數(shù)字圖像上定義直角坐標(biāo)系op-uv，每一像素的坐標(biāo)(u,v)分別是該像素在圖像數(shù)組中的列數(shù)與行數(shù)，(u,v)是像點(diǎn)在數(shù)字圖像坐標(biāo)系中以像素為單位的坐標(biāo)；像點(diǎn)在像平面上的物理位置，建立以物理單位表示的像平面二維坐標(biāo)系oi-xy，該坐標(biāo)系x軸和y軸分別與u軸和v軸平行，原點(diǎn)為相機(jī)光軸與像平面的交點(diǎn)，一般位于圖像中心，但在實(shí)際情況下會(huì)有小的偏移，在op-uv中的坐標(biāo)記為(u0,v0)；每一像素在x軸和y軸方向上的物理尺寸為sx和sy，則圖像中任意一個(gè)像素在兩個(gè)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)采用齊次坐標(biāo)和矩陣形式表示，有如下關(guān)系，

。

逆關(guān)系為，

。

可以得到像素點(diǎn)一世界坐標(biāo)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為，

。

軸和在本具體實(shí)施例中：所述陣列光發(fā)射模塊包括結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣列和光線調(diào)制陣列，所述結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣列為由多組結(jié)構(gòu)光光源組成的陣列，所述光線調(diào)制陣列用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述結(jié)構(gòu)光發(fā)射陣列中的每一個(gè)結(jié)構(gòu)光光源發(fā)出的光線進(jìn)行單獨(dú)調(diào)制，還用于將接收到的調(diào)制信號(hào)傳遞給所述處理模塊。其中，所述結(jié)構(gòu)光光源包括點(diǎn)光源、線光源、網(wǎng)格線光源、網(wǎng)格點(diǎn)光源、隨機(jī)點(diǎn)光源、以預(yù)設(shè)函數(shù)形成的空間光強(qiáng)分布的光源以及漫射光源中的一種或多種的組合，但也不僅限于上述陳列的光源；所述的預(yù)設(shè)函數(shù)包括但不限于三角函數(shù),冪函數(shù),高斯函數(shù),小波函數(shù)等;所述光線調(diào)制陣列包括光學(xué)鏡片、液晶屏、光電晶體、磁光元件以及熱光元件中的一種或多種的組合，但也不僅限于上述陳列的元件。

在本具體實(shí)施例中，所述陣列接收模塊包括鏡片陣列和接收陣列，所述接收陣列通過所述鏡片陣列接收所述影像陣列，并對(duì)所述影像陣列進(jìn)行放大降噪處理形成影像陣列信息,且通過約定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將所述影像陣列信息傳送給所述處理單元。其中，所述鏡片陣列包括透鏡、反射鏡、衍射光學(xué)元件、梯度折射率透鏡以及全息光學(xué)元中的一種或多種的組合，但也不僅限于上述陳列的元件。

基于上述一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪方法。

如圖2所示，一種基于結(jié)構(gòu)光陣列的空間測繪方法，包括以下步驟。

s1，發(fā)射結(jié)構(gòu)光陣列，且所述結(jié)構(gòu)光陣列經(jīng)過空間中的被測物體形成影像陣列。

s2，接收并初步處理所述影像陣列形成影像陣列信息。

s3，對(duì)所述影像陣列信息進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

s4，統(tǒng)計(jì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征，并根據(jù)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，且根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)發(fā)射的所述結(jié)構(gòu)光陣列進(jìn)行調(diào)制。

在s3中，對(duì)所述影像陣列信息進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的具體方法為，結(jié)合所述調(diào)制信號(hào)對(duì)所述影像陣列信息利用三角測距原理進(jìn)行處理得出被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的系統(tǒng)及方法運(yùn)用帶結(jié)構(gòu)光陣列可快速完成對(duì)空間的掃描,整個(gè)系統(tǒng)不含機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)備，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命可以大幅提高；同時(shí),通過反饋模塊使系統(tǒng)的反應(yīng)更靈敏,并可根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)的變化調(diào)整結(jié)構(gòu)光陣列在空間和時(shí)間上的分布,從而進(jìn)一步提高空間測繪的效率和準(zhǔn)確性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。