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一種光學(xué)高度測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)高度測量方法，包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、扇形激光器和圖像捕獲裝置；其中，扇形激光器設(shè)置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上移動(dòng)方向的前端，扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路與地面形成光帶，且光帶與移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向相垂直；圖像捕獲裝置設(shè)置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)位于光帶上；在移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)的移動(dòng)路徑上，基于以上裝置，基于光學(xué)標(biāo)定原理，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)被測物高度的非接觸測量方式，方法簡便易于實(shí)現(xiàn)，保證了最終被測物高度數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確。
【專利說明】一種光學(xué)高度測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)高度測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用的非接觸式測量裝置多采用采用預(yù)設(shè)標(biāo)定物的方式進(jìn)行，如在被測物旁邊放置一個(gè)長度已知的標(biāo)準(zhǔn)件，但是這種方法主要缺點(diǎn)在于:1.對(duì)于連續(xù)變化區(qū)域進(jìn)行測量需要安裝多種標(biāo)定物，費(fèi)時(shí)費(fèi)工；2.由于標(biāo)定物是采用間隔一段距離的放置，使得標(biāo)定不準(zhǔn)確，對(duì)于要求間隙在厘米級(jí)的軌道應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)；3.當(dāng)長寬比不是1:1時(shí)，易出現(xiàn)長方向或?qū)挿较虻臏y量結(jié)果等比例縮小或放大誤差。為解決標(biāo)定物的連續(xù)性問題及縱橫比例問題，也有文獻(xiàn)提出了用光線進(jìn)行標(biāo)定的方法，比如投影一個(gè)成90度垂直方向的等距縱橫光條到被測物體表面，且水平光線與垂直光線所構(gòu)成的投影面垂直于測量裝置的光軸，這種方法能較好的解決以上問題，但同樣也存在兩個(gè)缺陷，1.僅能獲得投影面的長度寬度信息，對(duì)于高度信息卻沒有有效方法測量；2.當(dāng)測量大平面時(shí)，由于鏡頭視場角的影響，在一幅圖中的像素-尺寸對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)際是變化的，這種標(biāo)定法沒有考慮變化帶來的影響。
[0003]而采用激光或超聲波等反射波法都是通過將發(fā)射波束裝置與接收波束裝置安裝在一起，根據(jù)反射波的時(shí)間或相位差來進(jìn)行測量。但是這種只能測量出物體與測量點(diǎn)之間的距離，無法得到物體的高度(即與物體測量點(diǎn)連線垂直的尺寸)；同時(shí)測量范圍、精度及被測物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都受很大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，基于光學(xué)標(biāo)定原理，采用非接觸方式對(duì)被測物指定位置的高度進(jìn)行測量的光學(xué)高度測量方法。
[0005]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種光學(xué)高度測量方法，包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、扇形激光器和圖像捕獲裝置；其中，扇形激光器設(shè)置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上移動(dòng)方向的前端，扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路與地面形成光帶，且光帶與移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向相垂直；圖像捕獲裝置設(shè)置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)位于光帶上；在移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)的移動(dòng)路徑上，基于以上裝置實(shí)現(xiàn)針對(duì)被測物高度的測量，包括如下步驟:
[0006]步驟001.初始化選取單位高度參照物設(shè)置在圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)上，扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路在參照物單位高度的表面形成光帶，圖像捕獲裝置捕獲圖像，獲取捕獲圖像中參照物的像素長度，根據(jù)如下公式(I)和公式(2)，將單位長度和捕獲圖像中參照物的像素長度分別代入hMal、hpixel,獲取比例常數(shù)K ；
[0007]hreal = S sin β / cos ( α - β )(I)
[0008]hpixei = K.tan β(2)
[0009]其中，α為圖像捕獲裝置的光軸與地面間的夾角，S為圖像捕獲裝置沿光軸方向與地面間的距離，hreal為被測物上光帶的指定位置的實(shí)際高度，hpixel為被測物上光帶的指定位置在捕獲圖像中的像素高度，β為被測物上光帶的指定位置與圖像捕獲裝置間的連線和光軸之間的夾角；
[0010]步驟002.被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)的移動(dòng)路徑上，移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)過程中，扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路在被測物表面形成光帶，且圖像捕獲裝置捕獲圖像；
[0011]步驟003.針對(duì)捕獲圖像，獲取捕獲圖像中被測物上光帶的指定位置在捕獲圖像中的像素高度hpixel，并根據(jù)比例常數(shù)K和公式(2)獲取與該幅捕獲圖像相對(duì)應(yīng)、被測物上光帶的指定位置與圖像捕獲裝置間的連線和光軸之間的夾角β ;
[0012]步驟004.根據(jù)圖像捕獲裝置的光軸與地面間的夾角α、圖像捕獲裝置沿光軸方向與地面間的距離S、夾角β和公式(1)，獲取與該幅捕獲圖像相對(duì)應(yīng)、被測物上光帶的指定位置的實(shí)際高度hMal。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述步驟002中，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)過程中，所述圖像捕獲裝置按預(yù)設(shè)幀率捕獲數(shù)幅圖像；還包括所述步驟005，針對(duì)各幅捕獲圖像，分別重復(fù)所述步驟003至所述步驟004的操作，獲取被測物上各指定位置的實(shí)際高度。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路所在面與地面相垂直。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述扇形激光器為FU80811L200-T60扇形激光器。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述圖像捕獲裝置為(XD、CMOS數(shù)字式像機(jī)或模擬像機(jī)配合數(shù)字采集設(shè)備。
[0017]本發(fā)明所述一種光學(xué)高度測量方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0018](I)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光學(xué)高度測量方法，結(jié)構(gòu)簡單，基于光學(xué)標(biāo)定原理，采用扇形激光器對(duì)被測物進(jìn)行光學(xué)標(biāo)定，在此基礎(chǔ)上通過圖像捕獲裝置進(jìn)行圖像捕獲，最后針對(duì)捕獲的圖像進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)被測物高度的非接觸測量方式，方法簡便易于實(shí)現(xiàn)，便于控制；
[0019](2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光學(xué)高度測量方法中，在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)過程中，通過圖像捕獲裝置按預(yù)設(shè)幀率捕獲數(shù)幅圖像，然后分別針對(duì)各幅捕獲圖像進(jìn)行分析，進(jìn)而能夠獲得被測物的各指定位置的高度，保證了被測物高度信息的完整性；
[0020]( 3 )本發(fā)明設(shè)計(jì)的光學(xué)高度測量方法中，針對(duì)所述扇形激光器，設(shè)計(jì)扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路所在面與地面相垂直，避免了扇形一字光路在被測物表面形成的光帶出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，進(jìn)一步保證了最終針對(duì)被測物高度數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性；
[0021](4)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光學(xué)高度測量方法，測量裝置可以在運(yùn)動(dòng)過程中針對(duì)被測物進(jìn)行高度測量，且測量硬件結(jié)構(gòu)簡單，測量方法簡潔易于控制，保證了最終被測物高度數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)光學(xué)高度測量方法的流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)光學(xué)高度測量方法的原理示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]如圖1和圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種光學(xué)高度測量方法在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、扇形激光器和圖像捕獲裝置；移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用移動(dòng)小車，扇形激光器采用FU80811L200-T60扇形激光器，圖像捕獲裝置采用(XD、CMOS數(shù)字式像機(jī)或模擬像機(jī)配合數(shù)字采集設(shè)備；其中，F(xiàn)U80811L200-T60扇形激光器設(shè)置在移動(dòng)小車上移動(dòng)方向的前端，F(xiàn)U80811L200-T60扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路與地面形成光帶，光帶與移動(dòng)小車的移動(dòng)方向相垂直，且FU80811L200-T60扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路所在面與地面相垂直，避免了扇形一字光路在被測物表面形成的光帶出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，進(jìn)一步保證了最終針對(duì)被測物高度數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性；圖像捕獲裝置設(shè)置在移動(dòng)小車上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)位于光帶上；在移動(dòng)小車的移動(dòng)過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)的移動(dòng)路徑上，基于以上裝置實(shí)現(xiàn)針對(duì)被測物高度的測量，包括如下步驟:
[0026]步驟001.初始化選取單位高度參照物設(shè)置在圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)上，F(xiàn)U80811L200-T60扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路在參照物單位高度的表面形成光帶，圖像捕獲裝置捕獲圖像，獲取捕獲圖像中參照物的像素長度，如圖2所示，根據(jù)三角
形正弦定理獲
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)高度測量方法，其特征在于:包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、扇形激光器和圖像捕獲裝置；其中，扇形激光器設(shè)置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上移動(dòng)方向的前端，扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路與地面形成光帶，且光帶與移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向相垂直；圖像捕獲裝置設(shè)置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)位于光帶上；在移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)的移動(dòng)路徑上，基于以上裝置實(shí)現(xiàn)針對(duì)被測物高度的測量，包括如下步驟: 步驟001.初始化選取單位高度參照物設(shè)置在圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點(diǎn)上，扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路在參照物單位高度的表面形成光帶，圖像捕獲裝置捕獲圖像，獲取捕獲圖像中參照物的像素長度，根據(jù)如下公式(I)和公式(2)，將單位長度和捕獲圖像中參照物的像素長度分別代入hMal、hpixel,獲取比例常數(shù)K ；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光學(xué)高度測量方法，其特征在于:所述步驟002中，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)過程中，所述圖像捕獲裝置按預(yù)設(shè)幀率捕獲數(shù)幅圖像；還包括所述步驟005，針對(duì)各幅捕獲圖像，分別重復(fù)所述步驟003至所述步驟004的操作，獲取被測物上各指定位置的實(shí)際高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光學(xué)高度測量方法，其特征在于:所述扇形激光器發(fā)出的扇形一字光路所在面與地面相垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種光學(xué)高度測量方法，其特征在于:所述扇形激光器為FU80811L200-T60 扇形激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光學(xué)高度測量方法，其特征在于:所述圖像捕獲裝置為CCD、CMOS數(shù)字式像機(jī)或模擬像機(jī)配合數(shù)字采集設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK103743347SQ201410011150
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】崔治, 葛友華, 盧倩, 趙世田, 劉道標(biāo) 申請人:鹽城工學(xué)院