专利名称：便携式岩石表面三维形貌的测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩石表面三维形貌的测量系统。
背景技术：
目前国内外测量岩石表面形貌的测量设备大致有两种类型，机械探头的接触式形貌仪和激光探头的非接触式形貌仪。两者都无法直接获得岩石表面的三维形貌，只能对测出的点数据或线数据做组合得到岩石表面的三维形貌，故在实际测量时速度慢、一次测量获得的数据量少，且测量精度易受采样间距的影响。同时由于受到形貌仪有效测量面积和高程的限制，在测量大尺寸岩石表面时必须进行分段测量，致使基准线难以确定，故大尺寸测量精确较低。
因此，如何解决现有技术存在的诸多缺点实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式岩石表面三维形貌的测量系统，以实现对岩石表面形貌特征快速有效的测量。
为了达到上述目的，本发明提供一种便携式岩石表面三维形貌的测量系统，其包括台座、固定于所述台座上，用于产生预设相位的光栅，并将所述光栅形成的栅格投影至待测量的岩石表面以将所述待测量的岩石划分为多个测量空间的光栅投影装置、固定于所述台座上，用于拍摄参照物和所述已分割为多个测量空间的待测量岩石的图像的两个摄像装置、与所述两个摄像装置相连接，用于采集所述两个摄像装置所拍摄的图像数据的数据采集装置、以及与所述数据采集装置相连接，用于根据所述参照物的实际空间方位坐标与两摄像机拍摄的所述参照物图像的像点空间坐标建立像点与实际空间坐标的函数关系，并分析所采集的图像数据以获得所述多个测量空间相应的像点坐标，并根据所述像点坐标及所述函数关系计算出所述多个测量空间的实际空间方位坐标以获得所述待测量岩石表面的三维形貌的计算机。
其中，所述光栅投影装置产生具有离散二进制编码信息的光栅，所述岩石表面三维形貌的测量系统还包括用于作为建立像点与实际空间坐标的函数关系的参照物的标定块。
综上所述，本发明的便携式岩石表面三维形貌的测量系统通过对岩石表面的分割测出各测量空间的实际空间坐标，进而即可获得所述岩石表面的三维形貌特征，实现快速有效的岩石形貌特征的测量。
图1为本发明的便携式岩石表面三维形貌的测量系统的示意图。
图2a至图2d为本发明的便携式岩石表面三维形貌的测量系统所产生的光栅示意图。
图3为本发明的便携式岩石表面三维形貌的测量系统的测量原理示意图。
具体实施例方式
请参阅图1，本发明的便携式岩石表面三维形貌的测量系统1至少包括台座11、光栅投影装置13、标定块、两个摄像装置15a及15b、数据采集装置以及计算机，为简化图示，所述标定块、所述数据采集装置和计算机都未予图示，在此予以预先说明。
所述台座，用以支撑所述光栅投影装置13和两个摄像装置15a及15b，通常其可为三脚架，且其高度也可任意调节。
所述光栅投影装置13固定于所述台座上，用于产生预设相位的光栅，并将所述光栅形成的栅格投影至待测量的岩石表面以将所述待测量的岩石表面划分为多个测量空间，所产生的光栅具有离散的二进制编码信息，请参见图2a至2d，其中，图2a所示的光栅可将所述待测量的岩石表面分为2个测量空间，图2b所示的光栅可将所述待测量的岩石表面分为4个测量空间，图2c所示的光栅可将所述待测量的岩石表面分为8个测量空间，图2d所示的光栅可将所述待测量的岩石表面分为16个测量空间，此外，本领域技术人员也可根据实际精度要求采用不同宽度栅格。
所述标定块用于作为建立像点与实际空间坐标的函数关系的参照物的标定块，所述标定块上设置有一系列标准点，且各标准点之间的点距固定。
所述两个摄像装置15a及15b分别固定于所述台座上，用于拍摄参照物和所述已分割为多个测量点的待测量岩石的图像，如图1所示，所述两个摄像装置15a及15b分别固定在所述光栅投影装置13的两侧，两者都为高精度的工业CCD摄像头。
所述数据采集装置16，安装于计算机主板上，通过数据线与所述两个摄像装置相连接，用于采集所述两个摄像装置所拍摄的图像数据，其为数据采集卡，由于摄像装置采集数据的原理及结构已为本领域技术人员所知悉，在此不再予以赘述.
所述计算机17，与所述数据采集装置相连接，用于根据所述参照物的实际空间方位坐标与两摄像机拍摄的所述参照物图像的像点空间坐标建立像点与实际空间坐标的函数关系，并分析所采集的图像数据以获得所述多个测量点相应的像点坐标，并根据所述像点坐标及所述函数关系计算出所述多个测量点的实际空间方位坐标以获得所述待测量岩石表面的三维形貌，例如，当测量人员选定所述标准块上的几个标准点，由所述摄像装置15a及15b摄取所述几个标准点的图像，由于各标准点之间的点距固定，通过对点距进行测量及所拍摄的各标准点的图像像点空间坐标，所述计算机根据摄影测量学的原理即可计算出相关参数值，由此可建立像点空间坐标和实际空间坐标的函数关系，然后当所述光栅投影装置13投影数幅特定编码的光栅到待测量岩石上，成一定夹角的两个摄像头即15a及15b同步采得相应图像，请参见图3，对于待测量岩石表面的P点，所述计算机对所采集的图像数据进行解码和相位计算，并利用匹配技术可得到P点在所述两个摄像装置15a及15b所拍摄的图像中的像点坐标分别为P1和P2，所述计算机在根据所建立的像点坐标和实际空间方位坐标的函数关系可解算出两个摄像装置公共视区内像素点的三维坐标，需注意的是，所述计算机通过分析软件完成前述各功能。
此外，若待测量岩石的表面面积超出最大有效测量面积，可通过粘贴特征点及多次测量，并将多次测量结果进行特征点自动拼接，即可获得大尺寸岩石表面的三维特征值。
综上所述，本发明的便携式岩石表面三维形貌的测量系统克服了机械接触式和激光非接触式测量方法存在的问题，且测量尺寸和位置不受限制，便于携带，可用于试验室和现场，得到了高度集成的岩石表面三维形貌测量系统，将复杂的岩石表面三维形貌测量及形貌参数计算过程，利用计算机程序的操作简单、可移植性、人机交互等特点加以简化，做到一键完成。测量速度快，数据量大、且误差小。
权利要求
1.一种便携式岩石表面三维形貌的测量系统，其特征在于包括台座；光栅投影装置，固定于所述台座上，用于产生预设相位的光栅，并将所述光栅形成的栅格投影至待测量的岩石表面以将所述待测量的岩石表面划分为多个测量空间；两个摄像装置，固定于所述台座上，用于拍摄参照物和所述已划分为多个测量空间的待测量岩石的图像；数据采集装置，与所述两个摄像装置相连接，用于采集所述两个摄像装置所拍摄的图像数据；计算机，与所述数据采集装置相连接，用于根据所述参照物的实际空间方位坐标与两摄像机拍摄的所述参照物图像的像点空间坐标建立像点与实际空间坐标的函数关系，并分析所采集的待测量岩石的图像数据以获得所述多个测量空间相应的像点坐标，并根据所述像点坐标及所述函数关系计算出所述多个测量空间的实际空间方位坐标以获得所述待测量岩石表面的三维形貌。
2.如权利要求1所述的便携式岩石表面三维形貌的测量方法，其特征在于所述光栅投影装置产生具有离散二进制编码信息的光栅。
3.如权利要求1所述的便携式岩石表面三维形貌的测量方法，其特征在于还包括用于作为建立像点与实际空间坐标的函数关系的参照物的标定块。
全文摘要
一种便携式岩石表面三维形貌的测量系统，其包括台座；固定于所述台座上且用于产生预设相位的光栅，并将所述光栅形成的栅格投影至待测量的岩石表面以将所述待测量的岩石划分为多个测量空间的光栅投影装置；固定于所述台座上，用于拍摄参照物和所述已划分为多个测量空间的待测量岩石图像的两个摄像装置；与所述两个摄像装置相连接，用于采集所述两个摄像装置所拍摄的图像数据的数据采集装置；以及用于根据参照物的实际空间方位坐标与两摄像机拍摄的所述参照物图像的像点空间坐标建立像点与实际空间坐标的函数关系，并根据所述函数关系计算出所述多个测量空间的实际空间方位坐标以获得所述待测量岩石表面的三维形貌的计算机，实现对待测量岩石的表面三维形貌的有效快速测量。
文档编号G01B11/24GK101038156SQ20071003915
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月5日 优先权日2007年4月5日
发明者夏才初, 王伟, 蔡永昌, 沈明荣, 李仁举, 丁增志, 叶成蔚, 汤渊, 李宏哲, 闫子舰 申请人:同济大学