一种基于CAN通信的时间戳快速同步的方法及其光学扫描仪技术

本发明专利技术提供了一种基于CAN通信的时间戳快速同步的方法及其光学扫描仪，包括如下步骤：S1.将光学扫描仪置于被测物体相应位置；S2.进行三维激光扫描，分别获取所述光学扫描仪的扫描系统的时间戳以及关节臂的时间戳数据；S3.由CAN通信总线形成数据包，通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述扫描系统和关节臂的时间戳；S4.同步得到占比数据以进行后续的插值操作。本发明专利技术通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述关节臂和扫描系统的时间戳，将扫描数据统一在关节臂基座坐标系，完成扫描功能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAN通信的时间戳快速同步的方法及其光学扫描仪


[0001]本专利技术涉及三维激光测量
，具体而言，涉及一种基于CAN通信的时间戳快速同步的方法及其光学扫描仪。

技术介绍

[0002]三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。其具有快速性、非接触性、实时性、主动性、高密度、高精度、数字化、自动化等特性。
[0003]目前，通常的扫描头和关节臂的时钟同步方法是基于关节臂同步信号的触发信号的触发时刻作为扫描头的曝光起始时刻作为同步数据的结果。如此操作实际上会引起一定的“同步误差”，产生误差的原因在于上述同步方法中没有考虑到曝光是一个持续过程，应该将曝光持续的中间时刻作为同步时刻。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是：激光扫描测头的扫描数据不能很好地同步到关节臂基座的坐标系中。
[0005]为解决上述问题，一方面，本专利技术提供一种基于CAN通信的时间戳快速同步的方法，其中，包括如下步骤：
[0006]S1.将光学扫描仪置于被测物体相应位置；
[0007]S2.进行三维激光扫描，分别获取所述光学扫描仪的扫描系统的时间戳以及关节臂的时间戳数据；
[0008]S3.由CAN通信总线形成数据包，通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述扫描系统和关节臂的时间戳；
[0009]S4.同步得到占比数据以进行后续的插值操作。
[0010]优选地，所述通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述扫描系统和关节臂的时间戳的工作过程如下：
[0011]通过CAN数据包中的一个计数器进行时间戳同步：
[0012]a1.关节臂时间戳计数，循环计数长度为N
[0013]关节臂中时间戳的时间戳计数器的有效范围是0，1，2，
…
，N
‑
1，0，1，2，
…
(该时间戳是回环计数的)；
[0014]a2.扫描系统时间戳计数，循环计数长度为N
[0015]扫描系统中时间戳的时间戳计数器的有效范围也是0，1，2，
…
，N
‑
1，0，1，2，
…
(该时间戳是回环计数的)；
[0016]a3.偏移计数
[0017]同时记录在某一帧的CAN数据包存在起始时间戳和曝光偏移量；
[0018]a4.曝光持续时间
[0019]分别获取扫描系统帧时间戳序列和关节臂帧时间戳序列，扫描系统以固定曝光时间工作，那么时间戳数值为N的这一帧数据同步得到对应关节臂的关键帧是数值上与N最接近的前后两帧数据；
[0020]定义扫描系统帧的数据在关节臂的前后两关键帧时间范围内的精确占比为K，关节臂前后两关键帧分别为KeyFrameTime1，KeyFrameTime2，曝光时间为ShutterTime，曝光偏移量为Offset，扫描系统帧时间戳为ScannerFrameTime，上述提及的所有时间的单位都是ms，
[0021]那么精确占比
[0022][0023]优选地，同步过程中的查找策略为：
[0024]b1.如果关节臂端的输出帧率高于扫描系统输出帧率的情况下，则使用扫描系统数据为同步原始端，关节臂端数据为同步目的端，
[0025]b2.如果扫描系统的输出帧率高于关节臂端输出帧率的情况下，则使用关节臂端数据为同步原始端，扫描系统数据为同步目的端。
[0026]上述两种情况下，同步的算法并未改变，但是同步操作的触发方式发生了改变，从基于扫描帧的同步触发，变换成了基于关节臂帧的同步触发。
[0027]优选地，同步过程中还包括回环检测，进行阈值处理：
[0028]如果当前同步的帧数据中包含时间戳大于N
‑
m的数据，其中数值m根据关节臂和扫描系统较低的帧率决定；
[0029]如果关节臂关键帧的时间戳KeyFrameTime2绝对数值小于时间戳KeyFrameTime1，那么需要对时间戳KeyFrameTime2进行+N处理，同样的，如果扫描系统帧的时间戳ScannerFrameTime绝对数值小于关节臂关键帧的时间戳KeyFrameTime1，也需要对时间戳ScannerFrameTime进行+N处理。
[0030]另一方面，本专利技术还提供一种光学扫描仪，其采用了如上所述的基于CAN通信的时间戳快速同步的方法，其中，所述光学扫描仪包括测量模块和通信模块；
[0031]所述测量模块包括若干关节臂、若干活动关节和扫描系统，各关节臂顺次排列设置，相邻的关节臂之间通过活动关节相互连接，首端的关节臂一端连接在固定基座上，末端的关节臂一端通过活动关节连接有扫描系统，扫描系统用于测量被测物体和扫描系统之间的距离；
[0032]所述通信模块为CAN通信总线，用于与所述关节臂和扫描系统通信连接，通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述关节臂和扫描系统的时间戳，将扫描数据统一在关节臂基座坐标系，完成扫描功能。
[0033]优选地，所述扫描系统包括单目相机和线结构光投射器，所述线结构光投射器将线结构光投射到被测物体表面，所述单目相机采集带有线结构光的被测物体图像，根据所述单目相机和线结构光投射器间的相对位置关系，使用激光三角法计算出激光线上的点在相机坐标系下的坐标。
[0034]优选地，所述线结构光投射器是单线结构光投射器。
[0035]优选地，所述扫描系统包括双目相机和线结构光投射器，所述线结构光投射器是单线结构光投射器或多线结构光投射器，所述线结构光投射器将线结构光投射到被测物体表面，所述双目相机采集带有线结构光的被测物体图像，根据所述双目相机和线结构光投射器间的相对位置关系，使用激光三角法计算出激光线上的点在相机坐标系下的坐标。
[0036]优选地，每个所述活动关节安装有相互垂直的回转角传感器，所述回转角传感器用于测量各个关节臂和扫描系统在空间的位置。每个所述活动关节的回转中心和相应的所述关节臂构成一个极坐标系统，回转角即极角由所述回转角传感器测量，而所述关节臂两端所述活动关节的回转中心距离为极坐标的极径长度，即所述测量模块是由若干个串连的所述极坐标系统组成，当所述扫描系统对被测物体进行测量时，所述光学扫描仪可给出所述扫描系统在空间的三维位置信息，所述扫描系统对所述被测物体在不同部位进行测量时，根据所建立的测量数学模型，由计算机给出被测参数实际值。
[0037]这样，光学扫描仪通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述关节臂和扫描系统的时间戳，将扫描数据统一在关节臂基座坐标系，完成扫描功能。
[0038]相对于现有技术，本专利技术所述的基于CAN通信的时间戳快速同步的方法及其光学扫描仪具有以下有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CAN通信的时间戳快速同步的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将光学扫描仪置于被测物体相应位置；S2.进行三维激光扫描，分别获取所述光学扫描仪的扫描系统的时间戳以及关节臂的时间戳数据；S3.由CAN通信总线形成数据包，通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述扫描系统和关节臂的时间戳；S4.同步得到占比数据以进行后续的插值操作。2.根据权利要求1所述的基于CAN通信的时间戳快速同步的方法，其特征在于，所述通过CAN通信总线通信时间戳数据来同步所述扫描系统和关节臂的时间戳的工作过程如下：通过CAN数据包中的一个计数器进行时间戳同步：a1.关节臂时间戳计数，循环计数长度为N关节臂中时间戳的时间戳计数器的有效范围是0，1，2，
…
，N
‑
1，0，1，2，
…
；a2.扫描系统时间戳计数，循环计数长度为N扫描系统中时间戳的时间戳计数器的有效范围也是0，1，2，
…
，N
‑
1，0，1，2，
…
；a3.偏移计数同时记录在某一帧的CAN数据包存在起始时间戳和曝光偏移量；a4.曝光持续时间分别获取扫描系统帧时间戳序列和关节臂帧时间戳序列，扫描系统以固定曝光时间工作，那么时间戳数值为N的这一帧数据同步得到对应关节臂的关键帧是数值上与N最接近的前后两帧数据；定义扫描系统帧的数据在关节臂的前后两关键帧时间范围内的精确占比为K，关节臂前后两关键帧分别为KeyFrameTime1，KeyFrameTime2，曝光时间为ShutterTime，曝光偏移量为Offset，扫描系统帧时间戳为ScannerFrameTime，上述提及的所有时间的单位都是ms，那么精确占比3.根据权利要求2所述的基于CAN通信的时间戳快速同步的方法，其特征在于，同步过程中的查找策略为：b1.如果关节臂端的输出帧率高于扫描系统输出帧率的情况下，则使用扫描系统数据为同步原始端，关节臂端数据为同步目的端，b2.如果扫描系统的输出帧率高于关节臂端输出帧率的情况下，则使用关节臂端数据为同步原始端，扫描系统数据为同步目的端。4.根据权利要求3所述的基于CAN通信的时间戳快速同步的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑顺义，李志权，周泽海，王晓南，成剑华，刘庆龙，
申请(专利权)人：武汉中观自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：