专利名称：基于三维摄影技术的楼梯测量方法
技术领域：
本发明涉及一种对楼梯的长、宽、高、方位等数据进行测量的方法，特别是一种基于三维摄影技术的楼梯测量方法。
背景技术：
在现实生活中，我们常常需要测量楼梯的长、宽、高、方位等数据参量，以便用于某些工程项目的实施。而在目前绝大多数情况下，采用的是手工去直接测量，即采用标尺去一点点地实际测量，然后将所得的数据拼合起来作进一步处理。然而这种传统的机械式测量方法有很大的弊端一、采用标尺进行直接测量的精度很难保证。由于实际测量本身就有系统误差和随机误差存在，再加上周围环境的影响，而且实际测量中很难保证标尺的水平和垂直，测量的基准也在随时变化当中，最终的测量误差将会很大；二、由于实际楼梯的测量环境(如灯光、空间大小、温度等)差、且有时测量楼梯数量较多，导致实际测量时会极大地浪费时间和精力，效率较低；三、在某些情况下，由于测量条件的限制，用标尺直接测量的成本过高或者甚至无法采用直接测量的方法去获得需要的楼梯数据；四、采用直接测量的方法往往耗时较长，而且占据极大的空间，极易给楼层里人们(尤其是一些老年人或残疾人) 的上下楼造成不便。近年来，中国社会老龄化速度加快，越来越多的老年人和残疾人面临着日常行动上下楼梯不方便的难题。因此，如何开发出一套自动扶梯系统以解决他们上下楼梯的难题，具有很大的现实意义和社会意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是鉴于传统的直接机械式测量方法所存在的种种弊端，本发明提供一种基于三维摄影技术的楼梯测量方法。这种方法简便易行，避免了传统的机械式测量方法存在的测量精度难保证，耗时耗力，效率低下的缺点。本发明的技术方案是一种基于三维摄影技术的楼梯测量方法，其特征在于包括以下步骤
1)在楼梯每一层台阶的左右两侧各放置一个非编码点，且非编码点距离台阶的左右端部2(Γ30厘米，非编码点的圆形白点与台阶前侧的竖直边沿对齐，位于同一侧的各个非编码点上下对齐处于一条直线上；
2)在相邻两个楼梯段的转弯衔接处，沿着楼梯上非编码点的路径放置编码点；
3)将两块相机校正板分别放在不同的两层台阶上，并在每块相机校正板旁边附上一把标尺，然后用单反相机在相机校正板和标尺周围从不同角度拍摄多张照片以进行标定；
4)在第一层台阶的中央和第二层台阶的中央各放置一块相机校正板，对这两层台阶从两个不同的角度各拍摄一张照片，得到第一组照片；
将第一层台阶的相机校正板取下来放置于第三层台阶的中央，对第二层台阶和第三层台阶从两个不同的角度各拍摄一张照片，得到第二组照片；
3然后把第二层台阶的相机校正板取下来放置于第四层台阶的中央，对第三层台阶和第四层台阶从两个不同的角度各拍摄一张照片，得到第三组照片； 依次类推，
当拍摄到相邻两楼梯段的转弯衔接处时，将两块相机校正板在该转弯衔接处前后交替布置并进行拍摄，
直到拍摄完整个楼梯最上面的两层台阶为止，得到各组照片； 5)将拍摄的所有照片拷贝到电脑上，再将这些照片导入西安交通大学三维光学摄影测量系统，利用该系统自动建立起整个被测楼梯的空间模型，便可获得楼梯长、宽、高以及方位的数据信息。作为优选
在所述步骤3)中，用单反相机在相机校正板和标尺周围从不同角度拍摄圹16张照片以进行标定。在所述步骤4)中，相机的拍摄距离为1. 5m，拍摄模式为黑白模式，感光度为200。本发明的优点是本发明鉴于传统的直接机械式测量方法所存在的种种弊端，而提出一种间接的测量方法来测量楼梯的长、宽、高、方位等数据信息，这种测量方法先采用相机摄影获得标志点图片，然后导入软件进行分析，最后测量出所需要的楼梯数据。一、这种楼梯测量方法简便易行，避免了传统的机械式测量方法存在的测量精度难保证，耗时耗力，效率低下的缺点。二、这种楼梯测量方法只需进行简单的布点、摄影，然后导入软件(XJTUDP)中进行计算测量，便可得出所需要的楼梯数据模型，节省了大量的劳动成本。通过我们实际的多次试验操作发现，采用这种方法进行楼梯数据的测量，可比传统的直接测量法节省30% 40%的时间。三、这种楼梯测量方法受环境因素的影响较小，不受空间，光线等因素的影响，在一些恶劣条件下(如空间狭小)也可进行测量。四、这种楼梯测量方法具有很高的精度，可以满足实际的工程要求。经过我们将这种新型的测量方法所测得的数据与多次直接测量所得到的数据进行对比发现，这种测量方法与多次直接测量所得的数据差值极小，与实际相比还提高了测量精度，完全可以满足实际的测量需求。五、在实际中，可将这种测量方法应用到开发一种老年人或残疾人专用的自动扶梯系统，以方便他们的出行。应用本发明的这套测量方法所开发出的楼道自动扶梯系统便可以为他们上下楼梯提供极大的方便，也体现了我们现代社会对老年人的关爱，具有很大的经济效益和社会效益。六、本发明的这套测量方法不仅降低了成本，而且提高了效率和精度，在国内处于前列。因此，本发明不仅有很大的理论意义，更有巨大的现实使用价值，经济和社会效益。
图1是本发明实施例的流程图；图2是本发明实施例中非编码点的结构示意图，其中1.菱形黑底；2.圆形白点； 图3是本发明实施例中相机校正板的结构示意图4是本发明实施例中西安交通大学三维光学摄影测量系统图形界面分区示意图，其中3.菜单区；4.工具栏；5.图片列表区；6.显示当前活动图片；7.显示当前活动图片中标志点的相关信息；8.工程信息显示区；9.三维结果显示区。
具体实施例方式
近年来，中国社会老龄化速度加快，越来越多的老年人和残疾人面临着日常行动上下楼梯不方便的难题。因此，开发出一套自动扶梯系统以解决他们上下楼梯的难题，具有很大的现实意义和社会意义。要在楼梯上安装自动扶梯系统，首先要对楼梯的长、宽、高、方位等数据信息进行测量，本实施例提供了一种基于三维摄影技术的楼梯测量方法，参照图1所示，该测量方法包括以下步骤
1)放置非编码点在楼梯每一层台阶的左右两侧各放置一个非编码点(如图2所示，编码点的中心为圆形白点2，周围为菱形黑底1)，且非编码点距离台阶左右端部2(Γ30厘米 (这一段距离按照设计要求用于后期放置自动扶梯)，非编码点的圆形白点1与台阶前侧的竖直边沿对齐(以保证后面识别出的上下两阶白点间的水平距离等于台阶的宽度)，位于同一侧的各个非编码点上下对齐处于一条直线上(即位于左侧的各非编码点上下对齐，位于右侧的各非编码点上下对齐；以保证后期安装的自动扶梯的导轨为平直顺滑的形状)。2)放置编码点在相邻两个楼梯段的转弯衔接处(总所周知，楼梯是由多个楼梯段构成的，楼梯段与楼梯段之间通过一面积较大的“平台”衔接，所述“转弯衔接处”指的就是这个“平台”)，沿着楼梯上非编码点的路径放置编码点，直到衔接到下一个楼梯段为止。编码点的摆放密度应满足步骤4)中对该衔接处拍摄的每张照片中至少有4个编码点，这样做就保证了每一个楼梯段之间数据的衔接，从而为各个楼梯段尺寸的相互关联提供基准，进而构造出整个楼梯的总体空间模型。3)标定相机校正板和相机将两块相机校正板分别放在不同的两层台阶上(为拍摄方便，一般放置在上下相邻的两层台阶上)，并在每块相机校正板旁边附上一把标尺(长度258mm)，然后用单反相机在相机校正板和标尺周围(在拍摄时，一般相机距离相机校正板和标尺大约1. 5m)从不同角度拍摄多张(一般为纩16张)照片以进行标定(要使相机校正板和标尺均处于拍摄范围内)。并注意在拍摄第一张照片时，要进行调焦，以后再拍摄其它照片时，保持相机的焦距不变。4)放置相机校正板并拍摄照片在第一层台阶(即最底层的台阶)的中央和第二层台阶的中央各自放置一块相机校正板(这样可使两旁的非编码点与校相机正板间的距离大致相等，以便于后面照片的采集)，并对这两层台阶从两个不同的角度(常见如左右两边偏转45°角)各拍摄一张照片，得到第一组(两张)照片；
将第一层台阶的相机校正板取下来放置于第三层台阶的中央，对第二层台阶和第三层台阶从两个不同角度各拍摄一张照片，得到第二组照片；
然后把第二层台阶的相机校正板取下来放置于第四层台阶的中央，对第三层台阶和第四层台阶两个从不同角度各拍摄一张照片，得到第三组照片；
依次类推，直到拍摄完整个楼梯最上面的两层台阶为止，得到各组照片。
需要说明的是当拍摄到相邻两楼梯段的转弯衔接处时，由于转弯衔接处(“平台”)的空间较大，通常一次拍摄不能完全覆盖整个转弯处，所以在此处进行拍摄照片时，要将上述两块相机校正板在该转弯衔接处前后交替布置并进行多次拍摄(为便于理解，现对该句话进行解释首先，A校正板在前、B校正板在后(均放置在“平台”上)，拍摄一组照片； 然后把A校正板挪到B校正板后面，再拍摄一组照片；然后又把B校正板挪到A校正板后面，又拍摄一组照片；依次进行拍摄，直到衔接到下一个楼梯段)。在本步骤中，对楼梯进行的拍摄应满足①拍摄时相机应使用黑白模式，感光度 200为佳；光线特别暗时，可以提高感光度，但要注意拍摄时保持稳定；②拍摄时应采用自动对焦模式，闪光灯处于打开状态。拍摄时相机的焦距要保持为在步骤3)标定相机校正板时的焦距不变，在拍摄过程中不要调焦距；③拍摄时相机不要晃动，保证照片不要模糊；④ 保证每张照片中至少包含两个相机校正板以及这两个相机校正板所在台阶两端的4个非编码点(对相邻两楼梯段转弯衔接处拍摄的照片要求，见步骤2)的内容)，而且要保证照片的清晰度，从而保证后续照片导入软件后其编码点和非编码点都能被识别。5)将照片导入软件建立模型将拍摄的所有照片拷贝到电脑上，再将这些照片导入西安交通大学三维光学摄影测量系统(简称XJTUDP)，利用该系统自动建立起整个被测楼梯的空间模型，便可获得楼梯的长、宽、高、方位等数据信息。上述的“西安交通大学三维光学测量系统”广泛应用于汽车工业、飞机工业、机械制造、模具设计、家电等制造行业的三维复杂曲面产品的三维测量、逆向设计、产品质量检测、尺寸检验、变形分析。XJTUDP是国内唯一自主知识产权的近景工业摄影测量系统，是一个便携式三坐标工业测量系统。用普通高分辨率单反相机(非量测相机)，通过多幅二维照片，计算工件表面关键点三维坐标，采用编码点技术实现自动化测量。用于对中型、大型(几米到几十米)物体的关键点进行三维测量。与传统三坐标测量仪相比，没有机械行程限制， 不受被测物体的大小、体积、外形的限制，能够有效减少累积误差，提高整体三维数据的测量精度。可以代替传统的激光跟踪仪、关节臂、经纬仪等，而且没有繁琐的移站问题，可以全方位方便地测量大型工件。当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于三维摄影技术的楼梯测量方法，其特征在于包括以下步骤1)在楼梯每一层台阶的左右两侧各放置一个非编码点，且非编码点距离台阶的左右端部2(Γ30厘米，非编码点的圆形白点与台阶前侧的竖直边沿对齐，位于同一侧的各个非编码点上下对齐处于一条直线上；2)在相邻两楼梯段的转弯衔接处，沿着楼梯上非编码点的路径放置编码点；3)将两块相机校正板分别放在不同的两层台阶上，并在每块相机校正板旁边附上一把标尺，然后用单反相机在相机校正板和标尺周围从不同角度拍摄多张照片以进行标定；4)在第一层台阶的中央和第二层台阶的中央各放置一块相机校正板，对这两层台阶从两个不同的角度各拍摄一张照片，得到第一组照片；将第一层台阶的相机校正板取下来放置于第三层台阶的中央，对第二层台阶和第三层台阶从两个不同的角度各拍摄一张照片，得到第二组照片；然后把第二层台阶的相机校正板取下来放置于第四层台阶的中央，对第三层台阶和第四层台阶从两个不同的角度各拍摄一张照片，得到第三组照片；依次类推，当拍摄到相邻两楼梯段的转弯衔接处时，将上述两块相机校正板在该转弯衔接处前后交替布置并进行拍摄，直到拍摄完整个楼梯最上面的两层台阶为止，得到各组照片；5)将拍摄的所有照片拷贝到电脑上，再将这些照片导入西安交通大学三维光学摄影测量系统，利用该系统自动建立起整个被测楼梯的空间模型，便可获得楼梯长、宽、高以及方位的数据信息。
2.根据权利要求1所述的基于三维摄影技术的楼梯测量方法，其特征在于在所述步骤3)中，用单反相机在相机校正板标尺周围从不同角度拍摄圹16张照片以进行标定。
3.根据权利要求1或2所述的基于三维摄影技术的楼梯测量方法，其特征在于在所述步骤4)中，相机的拍摄距离为1.5m，拍摄模式为黑白模式，感光度为200。
全文摘要
本发明公开了一种基于三维摄影技术的楼梯测量方法，该方法包括放置非编码点、放置编码点、标定相机校正板和相机、放置相机校正板并拍摄照片以及将照片导入软件建立三维模型的步骤。这种方法简便易行，避免了传统的机械式测量方法存在的测量精度难保证，耗时耗力，效率低下的缺点。
文档编号G01B11/03GK102538684SQ20111045246
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者冯涛, 刘小波, 刘建立, 张龙, 梁晋 申请人:苏州临点三维科技有限公司