基于面结构光扫描的手持式车辆变形参数测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种基于面结构光扫描的手持式车辆变形参数测量装置及测量方法，属于汽车结构光扫描测量技术领域。

背景技术：

在处理交通事故中，事故现场大量、真实的证据是判定事故发生过程、分析事故成因、认定事故责任的基础。由于交通事故多发生在交通量较大的地段，为尽量缩短事故现场对正常交通活动和交通秩序的干扰时间，避免连锁事故的发生，防止证据的丢失，必须快速进行事故现场调查，减小交通阻塞的时间。目前，我国交通事故现场处理多为人工测量距离和各种有关数据，这种方法受人为影响因素较多，容易导致漏测、误测等现象的发生。此外，事故现场的资料存储、建档和检索很不方便，现场破坏后无法再次做校验测量，虽然现在交警勘查交通事故也采用了数码相机，但仍局限于事故现场影像记录，无法利用所拍摄照片恢复场景的三维信息。因此，针对汽车发生交通事故后，研制事故变形车辆的三维扫描系统，通过和车辆原始的CAD数据进行比对，定量的分析车辆的受损程度（精确到mm级），以便为交通事故快速、准确、公正的裁决提供更科学的数据。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于面结构光扫描的手持式车辆变形参数测量装置及测量方法，能够在非接触的情况下获得车辆变形表面三维模型数据，实现对事故现场车辆痕迹的快速勘查和高精度测量。

按照本发明提供的技术方案，所述基于面结构光扫描的手持式车辆变形参数测量装置，其特征是：包括手持结构光扫描模块、信号传输模块和数据处理终端，手持结构光扫描模块通过信号传输模块连接数据处理终端；

所述手持结构光扫描模块包括主框架，主框架外侧设置保护壳体，保护壳体上设置有手持便携结构；在所述主框架的前端安装用于投射结构光到物体表面形成干涉条纹的光机投影仪光芯，在主框架的前端左右两侧分别安装用于采集物体表面图像信息的左工业CCD相机和右工业CCD相机；在所述主框架内部安装主控板，光机投影仪光芯、左工业CCD相机和右工业CCD相机分别连接主控板；在所述主框架的后端设置接口板，接口板具有数据传输接口，左工业CCD相机、右工业CCD相机和光机投影仪光芯采集的图像信息和干涉条纹信息由接口板上的数据传输接口发送至数据处理终端。

进一步的，所述接口板上还具有电源接口，接口板的电源接口外接交流电或直流电源，通过电路启动主控板。

进一步的，所述光机投影仪光芯、左工业CCD相机和右工业CCD相机分别通过FPC线连接主控板。

进一步的，在所述手持便携结构的一侧设置用于控制投射结构光强度大小的光斑增亮按钮和光斑减暗按钮。

进一步的，在所述左工业CCD相机和右工业CCD相机的一侧分别设置风扇。

进一步的，所述光机投影仪光芯与散热块相连。

进一步的，所述信号传输模块采用航空数据线，该航空数据线的一端为USB接口，另一端为DC接口，DC接口与手持结构光扫描模块连接，USB接口与数据处理终端连接。

进一步的，所述保护壳体包括设置在主框架上下两侧的上外壳、下外壳以及设置于主框架前侧的前壳。

所述基于面结构光扫描的手持式车辆变形参数测量方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）数据处理终端发出扫描采集信号指令；

（2）信号传输模块接收数据处理终端发出的扫描采集信号指令并传输至手持结构光扫描模块；

（3）手持结构光扫描模块的左工业CCD相机和右工业CCD相机采集物体表面的图像信息，光机投影仪光芯投射结构光到物体表面形成干涉条纹获得干涉条纹信息；采集的图像信息和干涉条纹信息经信号传输模块回传至数据处理终端，数据处理终端对回传的信息进行解算得到物体表面各采样点的三维空间坐标。

进一步的，所述数据处理终端根据接收的图像信息粗略计算物体表面的空间三维坐标，再结合干涉条纹信息精确解算采样点的空间三维信息。

本发明具有如下优点：

（1）本发明通过非接触拍照式变形曲面测量，时间低速度快，不会破坏现场证据；

（2）本发明采用编码结构光干涉测量与图像立体匹配测量结合，测量精度高；

（3）本发明所述的手持式车辆变形参数测量装置采用手持便携式装置，可360°环绕测量。

附图说明

图1为本发明所述手持式车辆变形参数测量装置的示意图。

图2为所述结构光扫描模块的爆炸图。

图3为本发明所述手持式车辆变形参数测量装置的运行原理示意图。

图4为编码结构光设计图。

附图标记说明：1-手持结构光扫描模块、2-信号传输模块、3-数据处理终端、4-主框架、5-上外壳、6-下外壳、7-前壳、8-主机手柄、10-光机投影仪光芯、11-左工业CCD相机、12-右工业CCD相机、13-主控板、14-接口板、15-散热块、17-光斑增亮按钮、18-光斑减暗按钮。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述基于面结构光扫描的手持式车辆变形参数测量装置包括手持结构光扫描模块1、信号传输模块2和数据处理终端3；所述数据处理终端3用于发出扫描采集信号指令；所述信号传输模块2用于接收数据处理终端3发出的扫描采集信号指令并传输至手持结构光扫描模块1；所述手持结构光扫描模块1用于采集物体表面的图像信息和干涉条纹信息，并通过信号传输模块2回传至数据处理终端3，数据处理终端3对回传的信息进行解算得到物体表面各采样点的三维空间坐标。

如图2所示，所述手持结构光扫描模块1包括主框架4，主框架4的上下两侧设置上外壳5和下外壳6，主框架4的前侧设置前壳7，主框架4的后侧设置主机手柄8，主机手柄8采用符合人体学设计结构；在所述主框架4的前端安装光机投影仪光芯10，在主框架4的前端左右两侧的顶角处分别安装左工业CCD相机11和右工业CCD相机12，形成立体成像模式，在主框架4内部安装主控板13，光机投影仪光芯10、左工业CCD相机11和右工业CCD相机12分别通过FPC线连接主控板13；在所述主框架4的后端设置接口板14，接口板14具有电源接口和数据传输接口，接口板14的电源接口外接交流电或直流电源，通过电路启动主控板13使手持结构光扫描模块1与数据处理终端3连接，数据处理终端3发出的指令通过接口板14传输到主控板13，主控板13驱动左工业CCD相机11和右工业CCD相机12采集物体表面图像信息，利用对应点的视差和相机位置计算采样点的空间坐标；同时驱动光机投影仪光芯10投射编码结构光到物体表面形成干涉条纹并接收反射光，通过光的干涉原理计算出传感器到采样点的距离；采集的图像信息和干涉条纹信息经接口板14上的数据传输接口发送至数据处理终端3。

所述结构光为波长范围在500nm~560nm的绿光。

在所述主框架4的后端设置光斑增亮按钮17和光斑减暗按钮18，用于控制投射面结构光强度大小；所述光斑增亮按钮17和光斑减暗按钮18位于主机手柄8一侧，方便根据环境光强度使用大拇指调整投射结构光强度。

在所述左工业CCD相机11和右工业CCD相机12的一侧分别设置风扇（图中未示出）。所述光机投影仪光芯10与散热块15相连，实时控制光机投影仪光芯10的温度。

如图4所示，所述手持结构光扫描模块1投射的编码结构光采用独特的散斑图案，该图案具有角点特征辨识度高的特点，有利于相机匹配，可以获得较高的匹配精度。

所述信号传输模块2采用具有抗磁场干扰、传输稳定的航空数据线，该航空数据线的一端为USB接口，另一端为DC接口，DC接口与手持结构光扫描模块1连接，USB接口与数据处理终端1连接，实现接收和发送信号。

所述数据处理终端1包括一台高性能移动计算机和数据处理软件，数据处理软件在运行时，根据接收的立体图像信息粗略计算物体表面的空间三维坐标，再结合干涉条纹信息精确解算采样点的空间三维信息，最终形成点云模型文件保存扫描的数据。

本发明利用双摄像机同步采集场景图像，并针对汽车车身纹理贫乏的特点，采用向空间投射散斑图案进行干涉测量的方式，借助散斑图像增强汽车车身表面的纹理信息，提高三维重建的精度。本发明采用手持便携式扫描设计，可以环绕汽车进行扫描。