一种融合机器视觉和飞行时间测量的空间平面尺寸测量方法技术

本发明专利技术提出了一种融合机器视觉和飞行时间测量的空间平面尺寸测量方法。所述方法包括：步骤1、控制测量装置上的TOF测距仪旋转角度，使TOF测距仪对准目标平面上不在一条直线的三个点，并读取TOF测距仪读数；步骤2、通过所述TOF测距仪的旋转角度和读数计算获取所述三个点的空间坐标；步骤3、利用所述空间坐标获取所述三个点对应的平面方程；步骤4、利用控制测量装置上的CCD相机对目标进行采样，获取目标的平面图像，并获得所述平面图像中每一像素对应的空间直线的方程向量和点坐标；步骤5、利用所述方程向量和点坐标计算获取所述目标的平面图像上任意两点的空间尺寸。面图像上任意两点的空间尺寸。面图像上任意两点的空间尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种融合机器视觉和飞行时间测量的空间平面尺寸测量方法


[0001]本专利技术提出了一种融合机器视觉和飞行时间测量的空间平面尺寸测量方法，属于平面测量。

技术介绍

[0002]CCD相机是在安全防范系统中，图像的生成当前主要是来自CCD相机，CCD是电荷耦合器件(charge coupleddevice)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的CCD相机元件，以其构成的CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。现有三维物体数据测量过程中，往往需要多个CCD相机配合采集目标图像，但是这种方法增加了数据处理环节和数据处理量，造成测量过程复杂，运算量大等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种融合机器视觉和飞行时间测量的空间平面尺寸测量方法，用以解决现有目标的三维数据测量过程复杂、运算量较大的问题，所采取的技术方案如下：
[0004]本专利技术提出的一种融合机器视觉和飞行时间测量的空间平面尺寸测量方法，所述方法包括：
[0005]步骤1、控制测量装置上的TOF测距仪旋转角度，使TOF测距仪对准目标上不再一条直线的三个点，并读取TOF测距仪读数；
[0006]步骤2、通过所述TOF测距仪的旋转角度和读数计算获取所述三个点的空间坐标；
[0007]步骤3、利用所述空间坐标获取所述三个点对应的平面方程；
[0008]步骤4、利用控制测量装置上的CCD相机对目标进行采样，获取目标的平面图像，并获得所述平面图像中每一像素对应的空间直线的方程向量和点坐标；
[0009]步骤5、利用所述方程向量和点坐标计算获取所述目标的平面图像上任意两点的空间尺寸。
[0010]进一步地，通过如下公式获取所述三个点的空间坐标：
[0011]x
d
＝L
·
cos(θ
a
)
·
cos(θ
c
)
[0012]y
d
＝L
·
cos(θ
a
)
·
sin(θ
c
)
[0013]z
d
＝L
·
sin(θ
c
)
[0014]其中，x
d
、y
d
和z
d
分别表示所述三个点中，每个点对应的xyz轴坐标值，L表示所述三个点中，每个点对应的TOF测距仪读数，θ
a
和θ
c
分别表示所述TOF测距仪在A轴和C轴上的旋转角度，其中，所述A轴表示TOF测距仪沿垂直方向旋转，θ
a
即表示TOF测距仪沿垂直方向旋转的角度。所述C轴表示TOF测距仪沿水平方向旋转，θ
c
即表示TOF测距仪沿水平方向旋转的角度。
[0015]进一步地，步骤3所述利用所述空间坐标获取所述三个点对应的平面方程，包括：
[0016]步骤301、确定所述三个点对应的坐标分别为：D1(x1，y1，z1)、D2(x2，y2，z2)和D3(x3，
y3，z3)；
[0017]步骤302、利用所述三个点的坐标确定所述三个点对应的平面法向量；
[0018]步骤303、通过所述平面法向量计算获取所述三个点对应的平面方程。
[0019]进一步地，通过如下公式获取所述三个点对应的平面法向量：
[0020][0021]其中，i、j和k分别表示x,y,z轴正方向上的单位向量。
[0022]进一步地，所述三个点对应的平面方程通过如下方程确定：
[0023]ax+by+cz+d＝0
[0024]a＝(y
2-y1)
·
(z
3-z1)-(y
3-y1)
·
(z
2-z1)
[0025]b＝(z
2-z1)
·
(x
3-x1)-(z
3-z1)
·
(x
2-x1)
[0026]c＝(x
2-x1)
·
(y
3-y1)-(x
3-x1)
·
(y
2-y1)
[0027]且，d＝-a
·
x
1-b
·
y
1-c
·
z1；
[0028]其中，x1、y1和z1表示点D1的xyz轴坐标，x2、y2和z2表示点D2的xyz轴坐标；x3、y3和z3表示点D3的xyz轴坐标。
[0029]进一步地，步骤4所述利用CCD相机对目标进行采样，获取目标的平面图像，并获得所述平面图像中每一像素点对应的空间直线的方程向量和点坐标，包括：
[0030]步骤401、利用所述CCD相机采集目标的平面图像；
[0031]步骤402、获取所述平面图像上任意一像素点p对应的一空间直线l与所述三个点形成的对应平面的交点和空间直线l对应的方向向量；
[0032]步骤403、利用所述交点坐标和空间直线l对应的方向向量，计算获取每一像素点对应的空间直线的方向向量和点坐标。
[0033]进一步地，步骤403所述利用所述交点坐标和空间直线l对应的方向向量，计算获取每一像素点对应的空间直线的方向向量和点坐标，包括：
[0034]步骤4031、确定CCD相机的像素点对应的空间直线l经过点m(m1，m2，m3)；
[0035]步骤4032、确定所述空间直线l的方向向量为VL＝(v1，v2，v3)；
[0036]步骤4033、确定所述三个点形成的对应平面上的任意一点n的坐标为n(n1，n2，n3)，且，所述任意一点n的法向量为VP＝(vD1，vD2，vD3)；
[0037]步骤4034、将所述空间直线l的直线方程转化为参数方程形式，并将所述三个点对应的平面方程转化为点法式方程；
[0038]步骤4035、通过参数方程和点法式方程计算获取所述空间直线l与所述三个点形成的对应平面的交点O的坐标(x
o
，y
o
，z
o
)。
[0039]进一步地，所述空间直线l与所述三个点形成的对应平面的交点O的坐标(x
o
，y
o
，z
o
)的过程包括：
[0040]第一步、将所述参数方程和点法式方程联立，其中，所述参数方程为：
[0041]x＝m1+v1·
t
[0042]y＝m2+v2·
t
[0043]z＝m3+v3·
t
[0044]其中，t表示参变量；m1，m2，m3分别表示空间直线l经过点m的坐标值；v1，v2，v3分别表示所述空间直线l的方向向量；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合机器视觉和飞行时间测量的空间平面尺寸测量方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、控制测量装置上的TOF测距仪旋转角度，使TOF测距仪对准目标上不再一条直线的三个点，并读取TOF测距仪读数；步骤2、通过所述TOF测距仪的旋转角度和读数计算获取所述三个点的空间坐标；步骤3、利用所述空间坐标获取所述三个点对应的平面方程；步骤4、利用控制测量装置上的CCD相机对目标进行采样，获取目标的平面图像，并获得所述平面图像中每一像素对应的空间直线的方程向量和点坐标；步骤5、利用所述方程向量和点坐标计算获取所述目标的平面图像上任意两点的空间尺寸。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，通过如下公式获取所述三个点的空间坐标：x
d
＝L
·
cos(θ
a
)
·
cos(θ
c
)y
d
＝L
·
cos(θ
a
)
·
sin(θ
c
)z
d
＝L
·
sin(θ
c
)其中，x
d
、y
d
和z
d
分别表示所述三个点中，每个点对应的xyz轴坐标值，L表示所述三个点中，每个点对应的TOF测距仪读数，θ
a
和θ
c
分别表示所述TOF测距仪在A轴和C轴上的旋转角度。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤3所述利用所述空间坐标获取所述三个点对应的平面方程，包括：步骤301、确定所述三个点对应的坐标分别为：D1(x1，y1，z1)、D2(x2，y2，z2)和D3(x3，y3，z3)；步骤302、利用所述三个点的坐标确定所述三个点对应的平面法向量；步骤303、通过所述平面法向量计算获取所述三个点对应的平面方程。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，通过如下公式获取所述三个点对应的平面法向量：其中，i、j和k分别表示x,y,z轴正方向上的单位向量。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述三个点对应的平面方程通过如下方程确定：ax+by+cz+d＝0a＝(y
2-y1)
·
(z
3-z1)-(y
3-y1)
·
(z
2-z1)b＝(z
2-z1)
·
(x
3-x1)-(z
3-z1)
·
(x
2-x1)c＝(x
2-x1)
·
(y
3-y1)-(x
3-x1)
·
(y
2-y1)且，d＝-a
·
x
1-b
·
y
1-c
·
z1；其中，x1、y1和z1表示点D1的xyz轴坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：