专利名称：基于激光扫描仪标定线阵相机的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种线阵相机的标定方法，尤其涉及一种基于激光扫描仪标定线阵相机的系统及方法。
背景技术：
随着三维空间信息服务的日益普及，人们对虚拟现实的逼真性要求越来越高，三维测量技术也越来越受关注。目前，三维测量技术主要通过线阵相机获取被测目标物的图像，并进一步通过解算相机的内方位元素来重建被测目标物的绝对三维坐标，解算相机内方位元素的过程即称为相机的标定，由于在动态拍摄时线阵相机和目标物之间的相对位置不断变化，传统的相机标定技术需要设计靶标，分析靶标上的特征线在影像中的分布，确定把标语相机的相对位置关系，进而标定相机的内方位元素，这种方法不仅需要大量的运算量，而且标定精度也难以保证。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷， 提供一种降低相机标定的工作量、相机标定精度高的线阵相机的标定系统及方法。一种基于激光扫描仪标定线阵相机的系统，包括一承载装置、一激光扫描仪以及一解算装置，所述激光扫描仪安装在所述承载装置上，所述承载装置上装设有一支架，所述支架上用于固定一线阵相机，所述激光扫描仪位于所述线阵相机的下方，所述激光扫描仪的激光扫描方向和线阵相机的镜头方向平行，且所述激光扫描仪和线阵相机的节点在同一竖直直线上，所述激光扫描仪扫描获取一被测目标物体的点云数据，所述线阵相机拍摄所述激光扫描仪所扫描的位置以获取所述被测目标物的图像数据，所述解算装置用于接收点云数据和图像数据，并对接收的数据进行特征匹配，以及根据接收的数据运算出所述线阵相机的内方位元素。一种基于激光扫描仪标定线阵相机的方法，包括通过一激光扫描仪获取一被测目标物体的点云数据；通过一待标定的线阵相机拍摄所述激光扫描仪所扫描的位置以获取所述被测目标物的图像数据，其中所述激光扫描仪的扫描方向和线阵相机的镜头方向平行且所述激光扫描仪和线阵相机的节点在同一竖直直线上；以及通过一解算装置接收所述点云数据和图像数据，并对接收的数据进行特征匹配， 以及根据接收的数据运算出所述线阵相机的内方位元素。所述基于激光扫描仪标定线阵相机的系统及方法通过使所述激光扫描仪的激光扫描方向和代标定的线阵相机的镜头方向平行，且两者的节点在同一竖直直线上，并通过所述解算装置对获取的点云数据和图像数据进行特征匹配，得到具有相同特征的点云数据和图像数据，并根据所述点云数据和图像数据来标定线阵相机的内方位元素，无需设计标定标靶即可标定线阵相机的内方为元素，降低了线阵相机标定的运算量，且具有较高的标定精度。
图1为本发明基于激光扫描仪标定线阵相机的系统的较佳实施方式的结构示意图。图2为本发明基于激光扫描仪标定线阵相机的及方法的较佳实施方式的流程图。
具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。请参考图1，本发明基于激光扫描仪标定线阵相机的系统1的较佳实施方式包括一承载装置10、一激光扫描仪12、一过滤板14及一解算装置18，所述基于激光扫描仪标定线阵相机的系统1用于对一线阵相机16进行标定，所述相机16用于在三维测量过程中获取一被测目标物体的图像。所述激光扫描仪12、过滤板14及线阵相机16均安装在所述承载装置12上，其中， 所述激光扫描仪12安装在所述承载装置10的表面，所述承载装置10上竖直固定有一支架 15，所述支架15固定在激光扫描仪12的周围，所述过滤板14固定在所述支架15上，位于所述激光扫描仪12的上方。所述过滤板14包括一第一平板141、一第二平板142、一第三平板143及多个调节螺母144，所述第一、第二及第三平板141-143从下到上依次叠置，且通过所述多个调节螺母144固定在一起，所述多个调节螺母144分布在所述过滤板14的不同位置。所述线阵相机16固定在所述第三平板143上，所述线阵相机16的镜头方向与所述激光扫描仪12的激光扫描线平行，且两者的节点(即所述激光扫描仪12的扫描中心以及所述线阵相机的光学中心)在同一竖直直线上。在其他事实方式中，所述线阵相机16也可通过悬吊的方式固定在所述激光扫描仪12的上方，所述线阵相机16也可安装在所述激光扫描仪12的下方，只要使所述线阵相机16的镜头方向以及激光扫描仪12的激光扫描方向平行，且两者的节点在同一竖直直线即可。所述解算装置18为一计算机，所述解算装置通过线缆与所述激光扫描仪12以及线阵相机16连接。所述线阵相机16用于拍摄一被测目标物体以获取所述被测目标物体的图像数据，所述激光扫描仪12用于通过激光扫描的方式获取所述被测目标物体的点云数据，所述激光扫描仪12还作为所述线阵相机16的外触发源，通过向所述线阵相机发送脉冲信号触发所述线阵相机16进行拍摄，以使所述线阵相机16与所述激光扫描仪12保持同步工作， 即所述激光扫描仪12在扫描某一位置的同时使所述线阵相机16也拍摄该位置。所述解算装置18接收所述激光扫描仪12获取的点云数据和图像数据进行特征匹配，并通过平差运算计算出所述线阵相机16的内方位元素。当由于震动等外部因素引起所述线阵相机16的镜头方向和激光扫描仪12的激光扫描方向出现偏差而不平行时，可根据偏差的角度操作不同位置的调节螺母144，使所述第一、第二平板141、142之间具有空隙，并根据偏差程度在所述第一、第二平板141、142之间的空隙中塞入适当厚度的垫尺或垫片17，以微调所述线阵相机16的姿态，使所述线阵相机16的镜头方向与激光扫描仪12的激光扫描方向平行。在其它实施方式中，例如，在一些精度要求较低的测量系统中或者当所述激光扫描仪12和线阵相机16所产生的震动足够小时，可不对所述线阵相机16的姿态进行微调，因此可直接使承载所述线阵相机16的第三平板143固定在所述支架15上，而省略所述第一、第二平板141、142、所述多个调节螺母144 以及所述垫片或垫尺17。请参考图2，本发明基于激光扫描仪标定线阵相机的方法运用于所述基于激光扫描仪标定线阵相机的系统1，其较佳实施方式包括如下步骤步骤Sl 通过所述激光扫描仪12扫描被测目标物体以获取目标物体的点云数据；步骤S2 所述激光扫描仪12触发所述线阵相机16对所述被测目标物体进行拍摄以得到所述被测目标物体的图像数据，所述激光扫描仪12是在对被测目标物体进行扫描的同时触发所述线阵相机16进行拍摄的，以使所述线阵相机16和激光扫描仪12同步工作，由于所述线阵相机16的镜头方向和激光扫描仪12的扫描方向平行，且所述激光扫描仪 12的激光节点和所述线阵相机的镜头节点在同一竖直直线，所述线阵相机16可拍摄到所述激光扫描仪12当前所扫描的位置。本实施方式中，所述步骤S2与步骤Sl同时进行；步骤S3 通过操作所述多个调节螺母144调节所述第一、第二平板141、142之间的空隙，并在该空隙中塞入垫片或垫尺17使所述线阵相机10的镜头方向和激光扫描仪12 的扫描方向平行；以及步骤S4 通过所述解算装置18对所述激光扫描仪14获取的点云数据和所述线阵相机10获取的图像数据进行特征匹配，并对所述点云数据和图像数据进行运算以得到所述线阵相机16的内方位元素，实现对所述线阵相机16的标定，其中，所述解算装置18是通过平差运算的方式得到所述线阵相机160的内方为元素的。由于激光扫描仪12的激光扫描方向和线阵相机16的镜头方向平行，且所述激光扫描仪12和线阵相机16的节点在同一直线上，可保证所采集的点云数据和图像数据的一致性，有助于扫描得到的点云和拍摄得到的影像的相同特征点的查找，因此无需设计标定标靶即可实现线阵相机的标定，节省了运算量且具有较高的标定精度。
权利要求
1.一种基于激光扫描仪标定线阵相机的系统，包括一承载装置、一激光扫描仪以及一解算装置，所述激光扫描仪安装在所述承载装置上，所述承载装置上装设有一支架，所述支架上用于固定一线阵相机，所述激光扫描仪位于所述线阵相机的下方，所述激光扫描仪的激光扫描方向和线阵相机的镜头方向平行，且所述激光扫描仪和线阵相机的节点在同一竖直直线上，所述激光扫描仪扫描获取一被测目标物体的点云数据，所述线阵相机拍摄所述激光扫描仪所扫描的位置以获取所述被测目标物的图像数据，所述解算装置用于接收点云数据和图像数据，并对接收的数据进行特征匹配，以及根据接收的数据运算出所述线阵相机的内方位元素。
2.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于所述基于激光扫描仪标定线阵相机的系统还包括一过滤板，所述过滤板固定在所述支架上，并用于安装所述线阵相机。
3.如权利要求2所述的基于激光扫描仪标定线阵相机的系统，其特征在于所述过滤板包括一第一平板、一第二平板及一第三平板，所述第一至第三平板从下到上依次叠置，且通过多个可调节所述第一、第二平板间空隙的调节螺母固定在一起。
4.如权利要求1所述的基于激光扫描仪标定线阵相机的系统，其特征在于所述激光扫描仪通过向所述线阵相机发送脉冲信号实现所述激光扫描仪和线阵相机之间的同步工作。
5.如权利要求1所述的移动建模与测量系统，其特征在于所述解算装置为一计算机。
6.一种基于激光扫描仪标定线阵相机的方法，包括通过一激光扫描仪获取一被测目标物体的点云数据；通过一待标定的线阵相机拍摄所述激光扫描仪所扫描的位置以获取所述被测目标物的图像数据，其中所述激光扫描仪的扫描方向和线阵相机的镜头方向平行且所述激光扫描仪和线阵相机的节点在同一竖直直线上；以及通过一解算装置接收所述点云数据和图像数据，并对接收的数据进行特征匹配，以及根据接收的数据运算出所述线阵相机的内方位元素。
7.如权利要求6所述的基于激光扫描仪标定线阵相机的方法，其特征在于所述线阵相机是安装在一过滤板上的，所述过滤板安装在所述激光扫描仪和线阵相机之间，所述基于激光扫描仪标定线阵相机的方法还包括以下步骤通过所述过滤板板微调所述线阵相机的姿态以使所述线阵相机的镜头方向和激光扫描仪的扫描方向平行。
8.如权利要求7所述的基于激光扫描仪标定线阵相机的方法，其特征在于所述激光扫描仪安装在所述承载装置的上表面，所述过滤板通过一支架固定在所述承载装置上表面并位于所述激光扫描仪的上方，所述过滤板包括一第一平板、一第二平板及一第三平板，所述第一至第三平板从下到上依次叠置，且通过多个调节螺母固定在一起，所述线阵相机安装在所述第三平板上，所述基于激光扫描仪标定线阵相机的方法是通过以下方法微调所述线阵相机的姿态的操作所述多个调节螺母使所述第一、第二平板之间具有空隙；以及在所述第一、第二平板的空隙之间塞入预定厚度的垫片或垫尺。
9.如权利要求6所述的基于激光扫描仪标定线阵相机的方法，其特征在于所述线阵相机获取被测目标物的图像数据的步骤包括所述线阵相机接收来自所述激光扫描仪的一脉冲信号。
10.如权利要求6所述的基于激光扫描仪标定线阵相机的方法，其特征在于所述解算装置是通过平差运算来计算所述线阵相机的内方位元素的。
全文摘要
一种基于激光扫描仪标定线阵相机的系统，包括承载装置、激光扫描仪以及解算装置，激光扫描仪安装在承载装置上，承载装置上装设有一支架，用于固定一线阵相机，激光扫描仪位于线阵相机下方，激其激光扫描方向和线阵相机的镜头方向平行，且激光扫描仪和线阵相机的节点在同一竖直直线上，激光扫描仪扫描获取被测目标物体的点云数据，线阵相机拍摄激光扫描仪所扫描的位置以获取被测目标物的图像数据，解算装置接收点云数据和图像数据，并对接收的数据进行特征匹配，以及根据接收的数据运算线阵相机的内方位元素。本发明还提供了一种基于激光扫描仪标定线阵相机的方法，所述基于激光扫描仪标定线阵相机的系统及方法降低了标定线阵相机的工作量。
文档编号G06T7/00GK102339463SQ201010236249
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者刘先林, 宫辉力, 王留召, 钟若飞 申请人:首都师范大学