一種基于結構光陣列的空間測繪系統及方法與流程

本發明涉及一種空間測繪系統及方法具體涉及一種基于結構光陣列的空間測繪系統及方法。

背景技術：

空間測繪是利用發射光線掃描實現空間的三維繪制，現有技術是依靠機械運動設備帶動單個光線發射源完成空間掃描,由于機械運動設備的穩定性和壽命有限，并且單個光線發射源掃描的速度和準確率低，從而嚴重制約了空間測繪的發展。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于結構光陣列的空間測繪系統及方法，可以提高空間測繪的速度、穩定性、效率和準確率。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于結構光陣列的空間測繪系統，包括陣列光發射模塊、陣列接收模塊和處理模塊。

所述陣列光發射模塊用于發射結構光陣列，且所述結構光陣列經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送給所述處理模塊。

所述處理模塊用于對所述影像陣列信息進行處理得出被測物體的三維點云數據。

本發明的有益效果是：本發明一種基于結構光陣列的空間測繪系統利用結構光陣列可以對空間進行快速、準確的掃描，同時整個系統不含機械運動設備,可以大幅提高整個系統的穩定性和壽命。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

在進一步，還包括反饋調制模塊。

所述處理模塊還用于統計所述三維點云數據的特征，并將所述三維點云數據的特征發送給所述反饋調制模塊。

所述反饋調制模塊用于根據所述三維點云數據的特征產生調制信號，并將所述調制信號反饋給所述陣列光發射模塊。

所述陣列光發射模塊還用于根據所述調制信號對發射的所述結構光陣列進行調制。

采用上述進一步方案的有益效果是：反饋調制模塊可以使整個系統反應更靈敏,并可根據環境實時的變化調整結構光陣列在空間和時間上的分布,從而進一步提高空間測繪的效率和準確性。

進一步，所述陣列光發射模塊還用于將所述調制信號傳遞給所述處理模塊，所述處理模塊結合所述調制信號對所述影像陣列信息利用三角測距原理進行處理得出被測物體的三維點云數據。

采用上述進一步方案的有益效果是：處理模塊結合所述調制信號對所述影像陣列信息利用三角測距原理進行處理得出被測物體的三維點云數據，可以提高三維點云數據的準確性。

進一步，所述陣列光發射模塊包括結構光發射陣列和光線調制陣列，

所述結構光發射陣列為由多組結構光光源組成的陣列，所述光線調制陣列用于根據所述調制信號對所述結構光發射陣列中的每一個結構光光源發出的光線進行單獨調制，還用于將接收到的調制信號傳遞給所述處理模塊。

調采用上述進一步方案的有益效果是：結構光發射陣列為由多組結構光光源組成的陣列，在掃描的過程中有多束光同時掃描，掃描范圍大，從而可以提高空間測繪速度。

進一步，所述結構光光源包括點光源、線光源、網格線光源、網格點光源、隨機點光源、以預設函數形成的空間光強分布的光源以及漫射光源中的一種或多種的組合。

進一步，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，并對所述影像陣列進行放大降噪處理形成影像陣列信息,且通過約定的數據結構將所述影像陣列信息傳送給所述處理單元。

進一步，所述鏡片陣列包括透鏡、反射鏡、衍射光學元件、梯度折射率透鏡以及全息光學元中的一種或多種的組合。

基于上述一種基于結構光陣列的空間測繪系統，本發明還提供一種基于結構光陣列的空間測繪方法。

列一種基于結構光陣列的空間測\繪方法，包括以下步驟。

s1，發射結構光陣列，且所述結構光陣列經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，對所述影像陣列信息進行處理得出被測物體的三維點云數據。

本發明的有益效果是：本發明一種基于結構光陣列的空間測繪系方法用結構光陣列可以對空間進行快速、準確的掃描，同時不含機械運動設備,可以大幅提高掃描的穩定性和壽命。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，還包括s4。

s4，統計所述三維點云數據的特征，并根據所述三維點云數據的特征

產生調制信號，且根據所述調制信號對發射的所述結構光陣列進行調制。

采用上述進一步方案的有益效果是：反饋調制可以使反應更靈敏,并可根據環境實時的變化調整結構光陣列在空間和時間上的分布,從而進一步提高空間測繪的效率和準確性。

進一步，在s3中，對所述影像陣列信息進行處理得出被測物體的三維點云數據的具體方法為，結合所述調制信號對所述影像陣列信息利用三角測距原理進行處理得出被測物體的三維點云數據。

采用上述進一步方案的有益效果是：結合所述調制信號對所述影像陣列信息利用三角測距原理進行處理得出被測物體的三維點云數據，可以提高三維點云數據的準確性。

附圖說明

圖1為本發明一種基于結構光陣列的空間測繪系統的結構框圖；

圖2為本發明一種基于結構光陣列的空間測繪方法的流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。

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

所述陣列光發射模塊用于發射結構光陣列，且所述結構光陣列經過空間中的被測物體形成影像陣列；其中，結構光陣列為由多組結構光組成的陣列，即其是由多個單光線發射源發射的結構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據結構發送給所述處理模塊。

所述約定的數據結構包括單不限于一維或多維的數組,鏈表,地址列表,面向對象類結構等。

所述處理模塊用于對所述影像陣列信息進行處理得出被測物體的三維點云數據；其中，所述處理模塊的處理具體為對不同特征的結構光下的影像進行分離或整合的處理，分離處理是指分別獨立提取多種特征的結構光下的影像中的一種特征的結構光下的影像進行灰度、二值化、邊緣檢測、空間濾波、時序濾波和影像配準等處理，整合處理是指同時提取多種特征的結構光下的影像中的兩種或兩種以上特征的結構光下的影像進行灰度、二值化、邊緣檢測、空間濾波、時序濾波和影像配準等處理。

本發明的系統中還包括反饋調制模塊，所述處理模塊還用于統計所述三維點云數據的特征，并將所述三維點云數據的特征發送給所述反饋調制模塊；所述反饋調制模塊用于根據所述三維點云數據的特征產生調制信號，并將所述調制信號反饋給所述陣列光發射模塊。所述陣列光發射模塊還用于根據所述調制信號對發射的所述結構光陣列進行調制。所述陣列光發射模塊還用于將所述調制信號傳遞給所述處理模塊，所述處理模塊結合所述調制信號對所述影像陣列信息利用三角測距原理進行處理得出被測物體的三維點云數據。

其中，所述三維點云數據的特征是指三維點云數據在空間和時間上分布的特征,包括強度,密度,曲率等。

其中，所述陣列光發射模塊對結構光陣列進行調制包括對結構光的相位、偏振、偏轉、光強和光強在空間上的分布結構進行調制，光強在空間上的分布結構包括物體背景照明、分區照明、點照明、線照明、網格線照明、網格點照明、漫射照明和不同照明方式的混合。

其中，三角測距原理為:

結構光平面與相機光軸夾角為機器視覺-結構光測量之三角測量原理角，取世界坐標系ow-xw-yw-zw的原點ow位于相機光軸與結構光平面的交點，xw軸和yw軸分別與相機坐標系xc軸和yc軸平行，zw與相機坐標系zc重合但方向相反，ow與相機坐標系oc的距離為l。

則世界坐標系與相機坐標系有如下關系為，

。

a的像為a′，在世界坐標系中，視線oa′的方程為，

。

在世界坐標系中，結構光平面的方程為，

。

解得，

。

又由于數字圖像上定義直角坐標系op-uv，每一像素的坐標(u,v)分別是該像素在圖像數組中的列數與行數，(u,v)是像點在數字圖像坐標系中以像素為單位的坐標；像點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系oi-xy，該坐標系x軸和y軸分別與u軸和v軸平行，原點為相機光軸與像平面的交點，一般位于圖像中心，但在實際情況下會有小的偏移，在op-uv中的坐標記為(u0,v0)；每一像素在x軸和y軸方向上的物理尺寸為sx和sy，則圖像中任意一個像素在兩個坐標系下的坐標采用齊次坐標和矩陣形式表示，有如下關系，

。

逆關系為，

。

可以得到像素點一世界坐標點之間的對應關系為，

。

軸和在本具體實施例中：所述陣列光發射模塊包括結構光發射陣列和光線調制陣列，所述結構光發射陣列為由多組結構光光源組成的陣列，所述光線調制陣列用于根據所述調制信號對所述結構光發射陣列中的每一個結構光光源發出的光線進行單獨調制，還用于將接收到的調制信號傳遞給所述處理模塊。其中，所述結構光光源包括點光源、線光源、網格線光源、網格點光源、隨機點光源、以預設函數形成的空間光強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；所述的預設函數包括但不限于三角函數,冪函數,高斯函數,小波函數等;所述光線調制陣列包括光學鏡片、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，并對所述影像陣列進行放大降噪處理形成影像陣列信息,且通過約定的數據結構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、衍射光學元件、梯度折射率透鏡以及全息光學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構光陣列的空間測繪系統，本發明還提供一種基于結構光陣列的空間測繪方法。

如圖2所示，一種基于結構光陣列的空間測繪方法，包括以下步驟。

s1，發射結構光陣列，且所述結構光陣列經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，對所述影像陣列信息進行處理得出被測物體的三維點云數據。

s4，統計所述三維點云數據的特征，并根據所述三維點云數據的特征產生調制信號，且根據所述調制信號對發射的所述結構光陣列進行調制。

在s3中，對所述影像陣列信息進行處理得出被測物體的三維點云數據的具體方法為，結合所述調制信號對所述影像陣列信息利用三角測距原理進行處理得出被測物體的三維點云數據。

本發明的系統及方法運用帶結構光陣列可快速完成對空間的掃描,整個系統不含機械運動設備，使得系統的穩定性和壽命可以大幅提高；同時,通過反饋模塊使系統的反應更靈敏,并可根據環境實時的變化調整結構光陣列在空間和時間上的分布,從而進一步提高空間測繪的效率和準確性。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。