基于激光點陣標識的三維地形傳感裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光點陣標識的三維地形傳感裝置及方法，該裝置由兩個攝像機和兩組激光陣列發(fā)生器組成；每組激光陣列發(fā)生器由激光器、準直器、達曼光柵和棱鏡組組成；在進行雙目立體視覺探測的兩個攝像機中間放置陣列激光器，從而在探測區(qū)域產(chǎn)生激光陣列，以實現(xiàn)三維物體的陣列照明和采樣。本發(fā)明比直接用兩個攝像機探測再進行匹配的方式更加精確，有利于圖像特征點的尋找且可根據(jù)坐標計算出基本的地貌，其激光陣列照明的作用有利于昏暗環(huán)境下的三維地形探測。
【專利說明】基于激光點陣標識的三維地形傳感裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維地形傳感探測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光點陣標識的三維地形 傳感裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機器視覺系統(tǒng)儀器快速，非接觸，精度高等優(yōu)點在眾多領(lǐng)域得到廣泛應用?，F(xiàn)存的 傳感技術(shù)有兩種：第一類為聲納輸入系統(tǒng)，它能快速檢測到障礙物的存在及距離。但采集范 圍小，在大空間及復雜的環(huán)境中，不能穩(wěn)定的傳遞信息；第二類為圖像輸入系統(tǒng)，該系統(tǒng)視 角大，采集得到的環(huán)境信息比較豐富。其中雙目立體視覺技術(shù)通過對同一物體從不同角度 獲得的兩幅圖像來恢復出物體的三維信息，主要包括圖像獲取，攝像機標定，立體匹配以及 三維信息恢復幾個方面，如圖1所示為雙目視覺結(jié)構(gòu)框圖。利用該視覺技術(shù)對地形地貌進 行探測并恢復出其三維地形，在導航及導盲領(lǐng)域有著重要意義。
[0003] 立體匹配是立體視覺中最重要也是最困難的問題。當空間三維場景被投影為二維 圖像時，統(tǒng)一景物在不同視點下的圖像會有很大的不同，且諸多場景因素也會造成影響。要 有效的解決以上問題，需要選擇正確的匹配特征，尋找特征之間的本質(zhì)屬性及建立能正確 匹配所選特征的穩(wěn)定算法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于激光點陣標識的三維地形 傳感裝置及方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于激光點陣標識的三維地形 傳感裝置，由兩個攝像機和兩組激光陣列發(fā)生器組成；所述每組激光陣列發(fā)生器由激光器、 準直器、達曼光柵和棱鏡組組成，可產(chǎn)生9束能量均勻的激光陣列；每組激光陣列發(fā)生器的 激光器、準直器、達曼光柵和棱鏡組依次在同一光軸上排布，兩組激光陣列發(fā)生器上下貼合 布置，所述激光陣列發(fā)生器的軸線與兩個攝像機的基線垂直，貼合的兩個棱鏡組處于兩個 攝像機的中心位置；
[0006] 所述激光器的波長λ為〇. 974 μ m ;
[0007] 所述達曼光柵為一階、三周期達曼光柵，周期為18.8 μ m、相位為π、折射率n為 1. 4507 ;通過下式可得達曼光柵4的刻蝕深度e為0. 63 μ m :
[0008]
【權(quán)利要求】
1. 一種基于激光點陣標識的三維地形傳感裝置，其特征在于，由兩個攝像機（1)和兩 組激光陣列發(fā)生器組成；所述每組激光陣列發(fā)生器由激光器（6)、準直器（5)、達曼光柵（4) 和棱鏡組（2)組成，可產(chǎn)生9束能量均勻的激光陣列（3);每組激光陣列發(fā)生器的激光器 (6)、準直器（5)、達曼光柵（4)和棱鏡組（2)依次在同一光軸上排布，兩組激光陣列發(fā)生器 上下貼合布置，所述激光陣列發(fā)生器的軸線與兩個攝像機（1)的基線垂直，貼合的兩個棱 鏡組（2)處于兩個攝像機（1)的中心位置； 所述激光器（6)的波長λ為〇. 974 μ m ; 所述達曼光柵（4)為一階、三周期達曼光柵，周期為18. 8 μ m、相位為π、折射率n為 1. 4507 ;通過下式可得達曼光柵（4)的刻蝕深度e為0. 63 μ m : , Λ 2π (ne-e)-^ = η 所述每個棱鏡組（2)由9個梯形調(diào)向棱鏡組成；所述梯形調(diào)向棱鏡的折射率為 1.4507;位于上方的棱鏡組（2)的第一個梯形調(diào)向棱鏡至第九個梯形調(diào)向棱鏡的反射面 與入射面之間的鍥角依次為 56.55°、50.18°、39.55°、22.73°、0°、22.73°、39.55°、 50. 18°、56. 55° ;位于下方的棱鏡組（2)的第一個梯形調(diào)向棱鏡至第九個梯形調(diào)向棱鏡 的反射面與入射面之間的鍥角依次為-48. 27°、-39. 52°、-25. 98°、-7. 14°、13. 92°、 31.85° ,44.41° ,52.46° ,56.72° ； 所述兩個攝像機（1)之間的基線長度為100mm-200mm;所述棱鏡組的長寬高分別為 32mm,7mm,8mm〇
2. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置的三維地形傳感方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 激光器6產(chǎn)出的激光束經(jīng)過準直器5準直后，由達曼光柵4分成9束光路，再由棱 鏡組2對9束光路進行調(diào)向和能量均勻形成激光點陣3 ;位于上方的棱鏡組2形成的激光 點陣3位于兩個攝像機1的正前方0. 75m處，位于下方的棱鏡組2形成的激光點陣3位于 兩個攝像機1的正前方〇. 91m處； (2) 通過兩個攝像機1獲取同一場景的地形圖像； (3) 采取傳統(tǒng)標定法，對步驟2中獲得的地形圖像的激光點陣3進行雜散光處理，將其 作為標定參照物，求取出攝像機模型的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，計算出激光陣列3在攝像機1 坐標中的位置； (4) 對獲取的地形圖像進行濾波、銳化、平滑和圖像分割等預處理； (5) 將激光點陣3作為匹配對象，利用特征匹配算法對地形圖像進行立體匹配； (6) 立體匹配建立了探測地形圖像對之間的對應關(guān)系后，由三角法測量原理計算出探 測目標的三維坐標，獲得地形的坡度、相對高度和絕對高度，最終擬合出三維地形。
【文檔編號】G01B11/24GK104296681SQ201410548683
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】汪凱巍, 張賽 申請人:浙江大學
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