專利名稱：基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線陣相機的標定方法，尤其涉及一種基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(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，人們對虛擬現(xiàn)實的逼真性要求越來越高，三維測量技術(shù)也越來越受關(guān)注。目前，三維測量技術(shù)主要通過線陣相機獲取被測目標物的圖像，并進一步通過解算相機的內(nèi)方位元素來重建被測目標物的絕對三維坐標，解算相機內(nèi)方位元素的過程即稱為相機的標定，由于在動態(tài)拍攝時線陣相機和目標物之間的相對位置不斷變化，傳統(tǒng)的相機標定技術(shù)需要設(shè)計靶標，分析靶標上的特征線在影像中的分布，確定把標語相機的相對位置關(guān)系，進而標定相機的內(nèi)方位元素，這種方法不僅需要大量的運算量，而且標定精度也難以保證。

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， 提供一種降低相機標定的工作量、相機標定精度高的線陣相機的標定系統(tǒng)及方法。一種基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(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，所述激光掃描儀位于所述線陣相機的下方，所述激光掃描儀的激光掃描方向和線陣相機的鏡頭方向平行，且所述激光掃描儀和線陣相機的節(jié)點在同一豎直直線上，所述激光掃描儀掃描獲取一被測目標物體的點云數(shù)據(jù)，所述線陣相機拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測目標物的圖像數(shù)據(jù)，所述解算裝置用于接收點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運算出所述線陣相機的內(nèi)方位元素。一種基于激光掃描儀標定線陣相機的方法，包括通過一激光掃描儀獲取一被測目標物體的點云數(shù)據(jù)；通過一待標定的線陣相機拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測目標物的圖像數(shù)據(jù)，其中所述激光掃描儀的掃描方向和線陣相機的鏡頭方向平行且所述激光掃描儀和線陣相機的節(jié)點在同一豎直直線上；以及通過一解算裝置接收所述點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進行特征匹配， 以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運算出所述線陣相機的內(nèi)方位元素。所述基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)及方法通過使所述激光掃描儀的激光掃描方向和代標定的線陣相機的鏡頭方向平行，且兩者的節(jié)點在同一豎直直線上，并通過所述解算裝置對獲取的點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進行特征匹配，得到具有相同特征的點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)來標定線陣相機的內(nèi)方位元素，無需設(shè)計標定標靶即可標定線陣相機的內(nèi)方為元素，降低了線陣相機標定的運算量，且具有較高的標定精度。


圖1為本發(fā)明基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)的較佳實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明基于激光掃描儀標定線陣相機的及方法的較佳實施方式的流程圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。請參考圖1，本發(fā)明基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)1的較佳實施方式包括一承載裝置10、一激光掃描儀12、一過濾板14及一解算裝置18，所述基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)1用于對一線陣相機16進行標定，所述相機16用于在三維測量過程中獲取一被測目標物體的圖像。所述激光掃描儀12、過濾板14及線陣相機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，且通過所述多個調(diào)節(jié)螺母144固定在一起，所述多個調(diào)節(jié)螺母144分布在所述過濾板14的不同位置。所述線陣相機16固定在所述第三平板143上，所述線陣相機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(即所述激光掃描儀12的掃描中心以及所述線陣相機的光學中心)在同一豎直直線上。在其他事實方式中，所述線陣相機16也可通過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)點在同一豎直直線即可。所述解算裝置18為一計算機，所述解算裝置通過線纜與所述激光掃描儀12以及線陣相機16連接。所述線陣相機16用于拍攝一被測目標物體以獲取所述被測目標物體的圖像數(shù)據(jù)，所述激光掃描儀12用于通過激光掃描的方式獲取所述被測目標物體的點云數(shù)據(jù)，所述激光掃描儀12還作為所述線陣相機16的外觸發(fā)源，通過向所述線陣相機發(fā)送脈沖信號觸發(fā)所述線陣相機16進行拍攝，以使所述線陣相機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使所述線陣相機16也拍攝該位置。所述解算裝置18接收所述激光掃描儀12獲取的點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進行特征匹配，并通過平差運算計算出所述線陣相機16的內(nèi)方位元素。當由于震動等外部因素引起所述線陣相機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，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厚度的墊尺或墊片17，以微調(diào)所述線陣相機16的姿態(tài)，使所述線陣相機16的鏡頭方向與激光掃描儀12的激光掃描方向平行。在其它實施方式中，例如，在一些精度要求較低的測量系統(tǒng)中或者當所述激光掃描儀12和線陣相機16所產(chǎn)生的震動足夠小時，可不對所述線陣相機16的姿態(tài)進行微調(diào)，因此可直接使承載所述線陣相機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、所述多個調(diào)節(jié)螺母144 以及所述墊片或墊尺17。請參考圖2，本發(fā)明基于激光掃描儀標定線陣相機的方法運用于所述基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)1，其較佳實施方式包括如下步驟步驟Sl 通過所述激光掃描儀12掃描被測目標物體以獲取目標物體的點云數(shù)據(jù)；步驟S2 所述激光掃描儀12觸發(fā)所述線陣相機16對所述被測目標物體進行拍攝以得到所述被測目標物體的圖像數(shù)據(jù)，所述激光掃描儀12是在對被測目標物體進行掃描的同時觸發(fā)所述線陣相機16進行拍攝的，以使所述線陣相機16和激光掃描儀12同步工作，由于所述線陣相機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)點和所述線陣相機的鏡頭節(jié)點在同一豎直直線，所述線陣相機16可拍攝到所述激光掃描儀12當前所掃描的位置。本實施方式中，所述步驟S2與步驟Sl同時進行；步驟S3 通過操作所述多個調(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 通過所述解算裝置18對所述激光掃描儀14獲取的點云數(shù)據(jù)和所述線陣相機10獲取的圖像數(shù)據(jù)進行特征匹配，并對所述點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進行運算以得到所述線陣相機16的內(nèi)方位元素，實現(xiàn)對所述線陣相機16的標定，其中，所述解算裝置18是通過平差運算的方式得到所述線陣相機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16的鏡頭方向平行，且所述激光掃描儀12和線陣相機16的節(jié)點在同一直線上，可保證所采集的點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的一致性，有助于掃描得到的點云和拍攝得到的影像的相同特征點的查找，因此無需設(shè)計標定標靶即可實現(xiàn)線陣相機的標定，節(jié)省了運算量且具有較高的標定精度。
權(quán)利要求
1.一種基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(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，所述激光掃描儀位于所述線陣相機的下方，所述激光掃描儀的激光掃描方向和線陣相機的鏡頭方向平行，且所述激光掃描儀和線陣相機的節(jié)點在同一豎直直線上，所述激光掃描儀掃描獲取一被測目標物體的點云數(shù)據(jù)，所述線陣相機拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測目標物的圖像數(shù)據(jù)，所述解算裝置用于接收點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運算出所述線陣相機的內(nèi)方位元素。
2.如權(quán)利要求1所述的三維測量系統(tǒng)，其特征在于所述基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)還包括一過濾板，所述過濾板固定在所述支架上，并用于安裝所述線陣相機。
3.如權(quán)利要求2所述的基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)，其特征在于所述過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，且通過多個可調(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定線陣相機的系統(tǒng)，其特征在于所述激光掃描儀通過向所述線陣相機發(fā)送脈沖信號實現(xiàn)所述激光掃描儀和線陣相機之間的同步工作。
5.如權(quán)利要求1所述的移動建模與測量系統(tǒng)，其特征在于所述解算裝置為一計算機。
6.一種基于激光掃描儀標定線陣相機的方法，包括通過一激光掃描儀獲取一被測目標物體的點云數(shù)據(jù)；通過一待標定的線陣相機拍攝所述激光掃描儀所掃描的位置以獲取所述被測目標物的圖像數(shù)據(jù)，其中所述激光掃描儀的掃描方向和線陣相機的鏡頭方向平行且所述激光掃描儀和線陣相機的節(jié)點在同一豎直直線上；以及通過一解算裝置接收所述點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運算出所述線陣相機的內(nèi)方位元素。
7.如權(quán)利要求6所述的基于激光掃描儀標定線陣相機的方法，其特征在于所述線陣相機是安裝在一過濾板上的，所述過濾板安裝在所述激光掃描儀和線陣相機之間，所述基于激光掃描儀標定線陣相機的方法還包括以下步驟通過所述過濾板板微調(diào)所述線陣相機的姿態(tài)以使所述線陣相機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定線陣相機的方法，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，所述過濾板通過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，且通過多個調(diào)節(jié)螺母固定在一起，所述線陣相機安裝在所述第三平板上，所述基于激光掃描儀標定線陣相機的方法是通過以下方法微調(diào)所述線陣相機的姿態(tài)的操作所述多個調(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定線陣相機的方法，其特征在于所述線陣相機獲取被測目標物的圖像數(shù)據(jù)的步驟包括所述線陣相機接收來自所述激光掃描儀的一脈沖信號。
10.如權(quán)利要求6所述的基于激光掃描儀標定線陣相機的方法，其特征在于所述解算裝置是通過平差運算來計算所述線陣相機的內(nèi)方位元素的。
全文摘要
一種基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(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，激光掃描儀位于線陣相機下方，激其激光掃描方向和線陣相機的鏡頭方向平行，且激光掃描儀和線陣相機的節(jié)點在同一豎直直線上，激光掃描儀掃描獲取被測目標物體的點云數(shù)據(jù)，線陣相機拍攝激光掃描儀所掃描的位置以獲取被測目標物的圖像數(shù)據(jù)，解算裝置接收點云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進行特征匹配，以及根據(jù)接收的數(shù)據(jù)運算線陣相機的內(nèi)方位元素。本發(fā)明還提供了一種基于激光掃描儀標定線陣相機的方法，所述基于激光掃描儀標定線陣相機的系統(tǒng)及方法降低了標定線陣相機的工作量。
文檔編號G06T7/00GK102339463SQ201010236249
公開日2012年2月1日 申請日期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 申請人:首都師范大學