本發(fā)明涉及一種基于面結(jié)構(gòu)光掃描的手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于汽車結(jié)構(gòu)光掃描測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在處理交通事故中，事故現(xiàn)場(chǎng)大量、真實(shí)的證據(jù)是判定事故發(fā)生過(guò)程、分析事故成因、認(rèn)定事故責(zé)任的基礎(chǔ)。由于交通事故多發(fā)生在交通量較大的地段，為盡量縮短事故現(xiàn)場(chǎng)對(duì)正常交通活動(dòng)和交通秩序的干擾時(shí)間，避免連鎖事故的發(fā)生，防止證據(jù)的丟失，必須快速進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，減小交通阻塞的時(shí)間。目前，我國(guó)交通事故現(xiàn)場(chǎng)處理多為人工測(cè)量距離和各種有關(guān)數(shù)據(jù)，這種方法受人為影響因素較多，容易導(dǎo)致漏測(cè)、誤測(cè)等現(xiàn)象的發(fā)生。此外，事故現(xiàn)場(chǎng)的資料存儲(chǔ)、建檔和檢索很不方便，現(xiàn)場(chǎng)破壞后無(wú)法再次做校驗(yàn)測(cè)量，雖然現(xiàn)在交警勘查交通事故也采用了數(shù)碼相機(jī)，但仍局限于事故現(xiàn)場(chǎng)影像記錄，無(wú)法利用所拍攝照片恢復(fù)場(chǎng)景的三維信息。因此，針對(duì)汽車發(fā)生交通事故后，研制事故變形車輛的三維掃描系統(tǒng)，通過(guò)和車輛原始的CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，定量的分析車輛的受損程度（精確到mm級(jí)），以便為交通事故快速、準(zhǔn)確、公正的裁決提供更科學(xué)的數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于面結(jié)構(gòu)光掃描的手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，能夠在非接觸的情況下獲得車輛變形表面三維模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)車輛痕跡的快速勘查和高精度測(cè)量。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于面結(jié)構(gòu)光掃描的手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量裝置，其特征是：包括手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊、信號(hào)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理終端，手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊通過(guò)信號(hào)傳輸模塊連接數(shù)據(jù)處理終端；

所述手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊包括主框架，主框架外側(cè)設(shè)置保護(hù)殼體，保護(hù)殼體上設(shè)置有手持便攜結(jié)構(gòu)；在所述主框架的前端安裝用于投射結(jié)構(gòu)光到物體表面形成干涉條紋的光機(jī)投影儀光芯，在主框架的前端左右兩側(cè)分別安裝用于采集物體表面圖像信息的左工業(yè)CCD相機(jī)和右工業(yè)CCD相機(jī)；在所述主框架內(nèi)部安裝主控板，光機(jī)投影儀光芯、左工業(yè)CCD相機(jī)和右工業(yè)CCD相機(jī)分別連接主控板；在所述主框架的后端設(shè)置接口板，接口板具有數(shù)據(jù)傳輸接口，左工業(yè)CCD相機(jī)、右工業(yè)CCD相機(jī)和光機(jī)投影儀光芯采集的圖像信息和干涉條紋信息由接口板上的數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至數(shù)據(jù)處理終端。

進(jìn)一步的，所述接口板上還具有電源接口，接口板的電源接口外接交流電或直流電源，通過(guò)電路啟動(dòng)主控板。

進(jìn)一步的，所述光機(jī)投影儀光芯、左工業(yè)CCD相機(jī)和右工業(yè)CCD相機(jī)分別通過(guò)FPC線連接主控板。

進(jìn)一步的，在所述手持便攜結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置用于控制投射結(jié)構(gòu)光強(qiáng)度大小的光斑增亮按鈕和光斑減暗按鈕。

進(jìn)一步的，在所述左工業(yè)CCD相機(jī)和右工業(yè)CCD相機(jī)的一側(cè)分別設(shè)置風(fēng)扇。

進(jìn)一步的，所述光機(jī)投影儀光芯與散熱塊相連。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)傳輸模塊采用航空數(shù)據(jù)線，該航空數(shù)據(jù)線的一端為USB接口，另一端為DC接口，DC接口與手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊連接，USB接口與數(shù)據(jù)處理終端連接。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)殼體包括設(shè)置在主框架上下兩側(cè)的上外殼、下外殼以及設(shè)置于主框架前側(cè)的前殼。

所述基于面結(jié)構(gòu)光掃描的手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量方法，其特征是，包括以下步驟：

（1）數(shù)據(jù)處理終端發(fā)出掃描采集信號(hào)指令；

（2）信號(hào)傳輸模塊接收數(shù)據(jù)處理終端發(fā)出的掃描采集信號(hào)指令并傳輸至手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊；

（3）手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊的左工業(yè)CCD相機(jī)和右工業(yè)CCD相機(jī)采集物體表面的圖像信息，光機(jī)投影儀光芯投射結(jié)構(gòu)光到物體表面形成干涉條紋獲得干涉條紋信息；采集的圖像信息和干涉條紋信息經(jīng)信號(hào)傳輸模塊回傳至數(shù)據(jù)處理終端，數(shù)據(jù)處理終端對(duì)回傳的信息進(jìn)行解算得到物體表面各采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)接收的圖像信息粗略計(jì)算物體表面的空間三維坐標(biāo)，再結(jié)合干涉條紋信息精確解算采樣點(diǎn)的空間三維信息。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明通過(guò)非接觸拍照式變形曲面測(cè)量，時(shí)間低速度快，不會(huì)破壞現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)；

（2）本發(fā)明采用編碼結(jié)構(gòu)光干涉測(cè)量與圖像立體匹配測(cè)量結(jié)合，測(cè)量精度高；

（3）本發(fā)明所述的手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量裝置采用手持便攜式裝置，可360°環(huán)繞測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量裝置的示意圖。

圖2為所述結(jié)構(gòu)光掃描模塊的爆炸圖。

圖3為本發(fā)明所述手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量裝置的運(yùn)行原理示意圖。

圖4為編碼結(jié)構(gòu)光設(shè)計(jì)圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊、2-信號(hào)傳輸模塊、3-數(shù)據(jù)處理終端、4-主框架、5-上外殼、6-下外殼、7-前殼、8-主機(jī)手柄、10-光機(jī)投影儀光芯、11-左工業(yè)CCD相機(jī)、12-右工業(yè)CCD相機(jī)、13-主控板、14-接口板、15-散熱塊、17-光斑增亮按鈕、18-光斑減暗按鈕。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明所述基于面結(jié)構(gòu)光掃描的手持式車輛變形參數(shù)測(cè)量裝置包括手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊1、信號(hào)傳輸模塊2和數(shù)據(jù)處理終端3；所述數(shù)據(jù)處理終端3用于發(fā)出掃描采集信號(hào)指令；所述信號(hào)傳輸模塊2用于接收數(shù)據(jù)處理終端3發(fā)出的掃描采集信號(hào)指令并傳輸至手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊1；所述手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊1用于采集物體表面的圖像信息和干涉條紋信息，并通過(guò)信號(hào)傳輸模塊2回傳至數(shù)據(jù)處理終端3，數(shù)據(jù)處理終端3對(duì)回傳的信息進(jìn)行解算得到物體表面各采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。

如圖2所示，所述手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊1包括主框架4，主框架4的上下兩側(cè)設(shè)置上外殼5和下外殼6，主框架4的前側(cè)設(shè)置前殼7，主框架4的后側(cè)設(shè)置主機(jī)手柄8，主機(jī)手柄8采用符合人體學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；在所述主框架4的前端安裝光機(jī)投影儀光芯10，在主框架4的前端左右兩側(cè)的頂角處分別安裝左工業(yè)CCD相機(jī)11和右工業(yè)CCD相機(jī)12，形成立體成像模式，在主框架4內(nèi)部安裝主控板13，光機(jī)投影儀光芯10、左工業(yè)CCD相機(jī)11和右工業(yè)CCD相機(jī)12分別通過(guò)FPC線連接主控板13；在所述主框架4的后端設(shè)置接口板14，接口板14具有電源接口和數(shù)據(jù)傳輸接口，接口板14的電源接口外接交流電或直流電源，通過(guò)電路啟動(dòng)主控板13使手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊1與數(shù)據(jù)處理終端3連接，數(shù)據(jù)處理終端3發(fā)出的指令通過(guò)接口板14傳輸?shù)街骺匕?3，主控板13驅(qū)動(dòng)左工業(yè)CCD相機(jī)11和右工業(yè)CCD相機(jī)12采集物體表面圖像信息，利用對(duì)應(yīng)點(diǎn)的視差和相機(jī)位置計(jì)算采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)；同時(shí)驅(qū)動(dòng)光機(jī)投影儀光芯10投射編碼結(jié)構(gòu)光到物體表面形成干涉條紋并接收反射光，通過(guò)光的干涉原理計(jì)算出傳感器到采樣點(diǎn)的距離；采集的圖像信息和干涉條紋信息經(jīng)接口板14上的數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至數(shù)據(jù)處理終端3。

所述結(jié)構(gòu)光為波長(zhǎng)范圍在500nm~560nm的綠光。

在所述主框架4的后端設(shè)置光斑增亮按鈕17和光斑減暗按鈕18，用于控制投射面結(jié)構(gòu)光強(qiáng)度大小；所述光斑增亮按鈕17和光斑減暗按鈕18位于主機(jī)手柄8一側(cè)，方便根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)度使用大拇指調(diào)整投射結(jié)構(gòu)光強(qiáng)度。

在所述左工業(yè)CCD相機(jī)11和右工業(yè)CCD相機(jī)12的一側(cè)分別設(shè)置風(fēng)扇（圖中未示出）。所述光機(jī)投影儀光芯10與散熱塊15相連，實(shí)時(shí)控制光機(jī)投影儀光芯10的溫度。

如圖4所示，所述手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊1投射的編碼結(jié)構(gòu)光采用獨(dú)特的散斑圖案，該圖案具有角點(diǎn)特征辨識(shí)度高的特點(diǎn)，有利于相機(jī)匹配，可以獲得較高的匹配精度。

所述信號(hào)傳輸模塊2采用具有抗磁場(chǎng)干擾、傳輸穩(wěn)定的航空數(shù)據(jù)線，該航空數(shù)據(jù)線的一端為USB接口，另一端為DC接口，DC接口與手持結(jié)構(gòu)光掃描模塊1連接，USB接口與數(shù)據(jù)處理終端1連接，實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送信號(hào)。

所述數(shù)據(jù)處理終端1包括一臺(tái)高性能移動(dòng)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)處理軟件在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)接收的立體圖像信息粗略計(jì)算物體表面的空間三維坐標(biāo)，再結(jié)合干涉條紋信息精確解算采樣點(diǎn)的空間三維信息，最終形成點(diǎn)云模型文件保存掃描的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明利用雙攝像機(jī)同步采集場(chǎng)景圖像，并針對(duì)汽車車身紋理貧乏的特點(diǎn)，采用向空間投射散斑圖案進(jìn)行干涉測(cè)量的方式，借助散斑圖像增強(qiáng)汽車車身表面的紋理信息，提高三維重建的精度。本發(fā)明采用手持便攜式掃描設(shè)計(jì)，可以環(huán)繞汽車進(jìn)行掃描。