基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)及定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)，包括：激光測(cè)距儀，用于測(cè)量到被定位物體的距離；定位裝置，與激光測(cè)距儀連接，用于帶動(dòng)該激光測(cè)距儀在極坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)；攝像機(jī)，用于將被定位物體和激光測(cè)距儀發(fā)出的光點(diǎn)拍入視場(chǎng)；計(jì)算機(jī)，用于處理從激光測(cè)距儀和攝像機(jī)獲得的數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精密檢測(cè)出被測(cè)目標(biāo)相對(duì)于測(cè)試者的空間位置坐標(biāo)，進(jìn)而導(dǎo)出實(shí)際的精密三維坐標(biāo)，在工業(yè)、交通等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。
【專利說明】基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)及定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理及自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是一種基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)及定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，使用雙目立體視覺是獲得目標(biāo)三維位置信息的主要手段。常用的方法是由兩個(gè)攝像頭同步獲得立體圖像對(duì)，再根據(jù)立體視覺的原理，計(jì)算出圖像公共視野里每一點(diǎn)的深度信息，生成深度圖，在提取出目標(biāo)對(duì)應(yīng)的深度信息，來確定目標(biāo)的三維位置信息。但這些設(shè)備都存在以下問題:
[0003]1.遠(yuǎn)距離精度低:以前研究的雙目及多目立體視覺在測(cè)量近距離目標(biāo)時(shí)(5m以內(nèi))具有比較高的精度(Imm以上)，在較遠(yuǎn)距離(5m以外)精度很差甚至無法測(cè)量。
[0004]2.主動(dòng)性差:當(dāng)空間三維場(chǎng)景在攝像機(jī)被投影為二維圖像時(shí)，同一景物在不同點(diǎn)下的圖像會(huì)有很大不同，而且場(chǎng)景中的諸多因素，如光照條件，景物幾何形狀和物理特性等，都被綜合在單一的圖像灰度值里。顯然，要從包含了如此之多不利因素的圖像里很難準(zhǔn)確的求得高精度的深度信息。而在應(yīng)用中，大部分情況下也是不需要對(duì)每一個(gè)點(diǎn)求深度信息的。因此，許多計(jì)算機(jī)是沒有必要的，也缺乏主動(dòng)選擇目標(biāo)的能力。
[0005]3.運(yùn)算量大，實(shí)時(shí)性差:立體視覺要求能夠求解一對(duì)立體圖像中每一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，圖像所包含的豐富信息，使得逐點(diǎn)對(duì)應(yīng)匹配的速度很慢，而且易產(chǎn)生“病態(tài)”計(jì)算問題。雖然為解決此問題，在正則化框架下加入了一定約束，使問題轉(zhuǎn)化為求多條件函數(shù)的最優(yōu)解，但大大增加了計(jì)算難度和計(jì)算量，使視覺處理速度難以提高，無法滿足實(shí)時(shí)性要求，限制了應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的問題是提供一種基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)及定位方法，將激光測(cè)距，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、二維精密伺服驅(qū)動(dòng)測(cè)距儀通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)動(dòng)起來，自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)定位，形成精密的自反饋系統(tǒng)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)，包括:激光測(cè)距儀，用于測(cè)量到被定位物體的距離；定位裝置，與激光測(cè)距儀連接，用于帶動(dòng)該激光測(cè)距儀在極坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)；攝像機(jī)，用于將被定位物體和激光測(cè)距儀發(fā)出的光點(diǎn)拍入視場(chǎng)；計(jì)算機(jī)，用于處理從激光測(cè)距儀和攝像機(jī)獲得的數(shù)據(jù)。
[0008]進(jìn)一步，所述定位裝置是二維精密伺服定位裝置。該二維精密伺服定位裝置是伺服電機(jī)。
[0009]進(jìn)一步,所述計(jì)算機(jī)包括圖像采集接口和D/A卡。
[0010]進(jìn)一步，激光測(cè)距儀發(fā)出的激光線是可見光或者是紅外線；在攝像機(jī)前端設(shè)置濾色片。為了抵抗外界干擾，激光測(cè)距儀發(fā)出的激光線可以發(fā)射偏振光，與攝像機(jī)前面放置的偏振片相對(duì)應(yīng)。[0011]基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)定位的方法，包括如下步驟:
[0012]①攝像機(jī)將被定位物體拍入視場(chǎng)；
[0013]②將該被定位物體的圖像信息傳送給計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)標(biāo)記該被定位物體；
[0014]③計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的標(biāo)記物的圖像信息調(diào)整二維精密伺服定位裝置帶動(dòng)激光測(cè)距儀指向被標(biāo)記物體；標(biāo)記物是步驟②中的被定位物體；
[0015]④攝像機(jī)將激光測(cè)距儀發(fā)出的光點(diǎn)拍入視場(chǎng)；
[0016]⑤利用成像系統(tǒng)顯示標(biāo)記點(diǎn)和激光點(diǎn)，計(jì)算機(jī)的視覺處理系統(tǒng)比較兩個(gè)點(diǎn)的偏差;
[0017]⑥判斷標(biāo)記點(diǎn)和激光點(diǎn)是否重合；如果是，計(jì)算出二維精密伺服定位裝置旋轉(zhuǎn)的二維角度，以及激光測(cè)距儀輸出的距離值，得到被定位物的三維坐標(biāo)；如果否，返回步驟③繼續(xù)執(zhí)行。
[0018]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)選定需要被定位的目標(biāo)后，進(jìn)行初始選定，數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)伺服定位裝置帶動(dòng)的激光測(cè)距儀，向選定目標(biāo)在二維方向上旋轉(zhuǎn)，測(cè)距光點(diǎn)向目標(biāo)逐漸靠近，數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)檢測(cè)測(cè)距儀發(fā)出的激光點(diǎn)與選定目標(biāo)在成像系統(tǒng)上的偏差，在進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，直到重合。計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)綜合處理二維精密伺服定位裝置旋轉(zhuǎn)的角度a和b及測(cè)距儀返回的距離值，進(jìn)而根據(jù)空間極坐標(biāo)關(guān)系得到被定位點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
[0019]本發(fā)明可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精密檢測(cè)出被測(cè)目標(biāo)相對(duì)于測(cè)試者的空間位置坐標(biāo)，進(jìn)而導(dǎo)出實(shí)際的精密三維坐標(biāo)，在工業(yè)、交通和很多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)的原理框圖；
[0021]圖2是利用本發(fā)明激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)定位的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]結(jié)合圖1和2說明本發(fā)明激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)的工作過程。
[0023]基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)，包括:激光測(cè)距儀，用于測(cè)量到被定位物體的距離；定位裝置，與激光測(cè)距儀連接，用于帶動(dòng)該激光測(cè)距儀在極坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)；攝像機(jī)，用于將被定位物體和激光測(cè)距儀發(fā)出的光點(diǎn)拍入視場(chǎng)；計(jì)算機(jī)，用于處理從激光測(cè)距儀和攝像機(jī)獲得的數(shù)據(jù)。所述定位裝置是二維精密伺服定位裝置。該二維精密伺服定位裝置是伺服電機(jī)。所述計(jì)算機(jī)包括圖像采集接口和D/A卡。激光測(cè)距儀發(fā)出的激光線是可見光或者是紅外線；在攝像機(jī)前端設(shè)置濾色片。為了抵抗外界干擾，激光測(cè)距儀發(fā)出的激光線可以發(fā)射偏振光，與攝像機(jī)前面放置的偏振片相對(duì)應(yīng)。
[0024]本發(fā)明的實(shí)施步驟如下:
[0025]①攝像機(jī)將被定位物體拍入視場(chǎng)；
[0026]②將該被定位物體的圖像信息傳送給計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)標(biāo)記該被定位物體；
[0027]③計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的標(biāo)記物的圖像信息調(diào)整二維精密伺服定位裝置帶動(dòng)激光測(cè)距儀指向被標(biāo)記物體；標(biāo)記物是步驟②中的被定位物體；
[0028]④攝像機(jī)將激光測(cè)距儀發(fā)出的光點(diǎn)拍入視場(chǎng)；[0029]⑤利用成像系統(tǒng)顯示標(biāo)記點(diǎn)和激光點(diǎn)，計(jì)算機(jī)的視覺處理系統(tǒng)比較兩個(gè)點(diǎn)的偏差;
[0030]⑥判斷標(biāo)記點(diǎn)和激光點(diǎn)是否重合；如果是，計(jì)算出二維精密伺服定位裝置旋轉(zhuǎn)的二維角度，以及激光測(cè)距儀輸出的距離值，得到被定位物的三維坐標(biāo)；如果否，返回步驟③繼續(xù)執(zhí)行。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集接口接收激光測(cè)距儀輸出的距離值，計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)綜合處理二維精密伺服定位裝置旋轉(zhuǎn)的角度a和b，進(jìn)而根據(jù)空間極坐標(biāo)關(guān)系得到被定位點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
[0031]以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)，其特征在于:包括: 激光測(cè)距儀，用于測(cè)量到被定位物體的距離； 定位裝置，與激光測(cè)距儀連接，用于帶動(dòng)該激光測(cè)距儀在極坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)； 攝像機(jī)，用于將被定位物體和激光測(cè)距儀發(fā)出的光點(diǎn)拍入視場(chǎng)； 計(jì)算機(jī)，用于處理從激光測(cè)距儀和攝像機(jī)獲得的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)，其特征在于:所述定位裝置是二維精密伺服定位裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)包括圖像采集接口和D/A卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)，其特征在于:激光測(cè)距儀發(fā)出的激光線是可見光或者是紅外線；在攝像機(jī)前端設(shè)置濾色片。
5.采用權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的基于激光測(cè)距和計(jì)算機(jī)視覺的三維定位系統(tǒng)定位的方法，其特征在于:包括如下步驟: ①攝像機(jī)將被定位物體拍入視場(chǎng)； ②將該被定位物體的圖像信息傳送給計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)標(biāo)記該被定位物體； ③計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的標(biāo)記物的圖像信息調(diào)整二維精密伺服定位裝置帶動(dòng)激光測(cè)距儀指向被標(biāo)記物體； ④攝像機(jī)將激光測(cè)距儀發(fā)出的光點(diǎn)拍入視場(chǎng)； ⑤利用成像系統(tǒng)顯示標(biāo)記點(diǎn)和激光點(diǎn)，計(jì)算機(jī)的視覺處理系統(tǒng)比較兩個(gè)點(diǎn)的偏差； ⑥判斷標(biāo)記點(diǎn)和激光點(diǎn)是否重合；如果是，計(jì)算出二維精密伺服定位裝置旋轉(zhuǎn)的二維角度，以及激光測(cè)距儀輸出的距離值，得到被定位物的三維坐標(biāo)；如果否，返回步驟③繼續(xù)執(zhí)行。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK103557796SQ201310585303
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】羅金榮 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)