本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x。

背景技術(shù)：

工業(yè)領(lǐng)域零部件形位測(cè)量以往多使用接觸法，如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、特殊的量具等，這種方法效率不高，受人為因素影響較大，很難滿足大尺寸測(cè)量需求。攝影測(cè)量技術(shù)屬于非接觸式測(cè)量技術(shù)，測(cè)量速度快，盲區(qū)少，能夠直觀反映出目標(biāo)的三維形狀，以及與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的偏差大小。因此，攝影測(cè)量技術(shù)在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。攝影測(cè)量技術(shù)在航空航天檢測(cè)中的應(yīng)用主要包括(1)復(fù)雜零件的面型檢測(cè)，特別是對(duì)于毛坯零件加工余量的檢測(cè)，非常適合；(2)關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)，如孔的位置、直徑，各種角度、長(zhǎng)度等。然而，基于攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍和精度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到某些應(yīng)用的測(cè)量要求。因此，目前迫切需要一種能夠兼具大視場(chǎng)范圍和高測(cè)量精度的技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x。所述系統(tǒng)包括：

靶標(biāo)照明單元，包括照明源，將發(fā)出的光線投射到被測(cè)目標(biāo)的靶標(biāo)上；

至少兩個(gè)掃描測(cè)量工作站，其放置成可以同步掃描獲取所述掃描測(cè)量工作站所面向的測(cè)量場(chǎng)內(nèi)的同一靶標(biāo)的圖像，并處理得到所述靶標(biāo)相對(duì)于各自測(cè)量工作站的角度信息；

空間交會(huì)測(cè)量單元，其用以接收所述角度信息，并將其解算為所述靶標(biāo)在系統(tǒng)空間坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)值；

測(cè)量控制單元，用于控制靶標(biāo)照明單元、掃描測(cè)量工作站和空間交會(huì)單元協(xié)同工作，數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)量顯示；

掃描測(cè)量工作站包括：

掃描轉(zhuǎn)鏡及控制模塊，控制掃描轉(zhuǎn)鏡以設(shè)定速率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將掃描轉(zhuǎn)鏡所面向的測(cè)量場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)物的光線以一定反射角度進(jìn)行反射，掃描轉(zhuǎn)鏡包括八棱鏡鼓和單軸轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)有編碼器，其用以向所述同步控制模塊發(fā)送轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的角度位置信息以在旋轉(zhuǎn)到設(shè)定角度后同步控制單元向線陣傳感器發(fā)送同步觸發(fā)信號(hào)；

光學(xué)模塊，對(duì)所反射的場(chǎng)景進(jìn)行非實(shí)時(shí)對(duì)焦，以在一定景深范圍內(nèi)進(jìn)行清晰成像，光學(xué)模塊采用遠(yuǎn)心f-θ結(jié)構(gòu)，在480nm-650nm波段內(nèi)工作；

線陣圖像采集模塊，采集經(jīng)掃描轉(zhuǎn)鏡反射后透過(guò)所述光學(xué)模塊的圖像，并將其處理成圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，線陣圖像采集模塊包括cmos線陣傳感器和圖像采集卡，其中，所述cmos線陣傳感器包括usb接口和cxp接口以將所采樣的圖像數(shù)據(jù)傳輸給所述圖像采集卡，所述圖像采集卡用以將所述圖像數(shù)據(jù)批量地轉(zhuǎn)發(fā)給所述圖像處理模塊進(jìn)行圖像拼接處理，cmos線陣傳感上設(shè)有外觸發(fā)接口，用以接收所述同步控制模塊發(fā)送的同步觸發(fā)信號(hào)，以使得所述線陣傳感器的采樣與掃描轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)匹配；

圖像處理模塊，接收線陣圖像并進(jìn)行拼接處理，識(shí)別靶標(biāo)，獲取靶標(biāo)中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，計(jì)算靶標(biāo)相對(duì)于各自測(cè)量工作站的角度信息；

同步控制模塊，控制掃描轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的同時(shí)同步輸出用以觸發(fā)線陣圖像傳感器進(jìn)行采樣的同步觸發(fā)信號(hào)，同步控制模塊包括外同步觸發(fā)單元，以向掃描轉(zhuǎn)鏡控制模塊和線陣圖像發(fā)送掃描同步信號(hào)，使得掃描轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)速度和線陣圖像采集模塊的采樣速率匹配，同步控制模塊還包括同步脈沖分配器，使同步脈沖之間的延時(shí)在納秒量級(jí)；

測(cè)量工作站還包括控制主機(jī)和云臺(tái)，圖像處理模塊與同步控制模塊安裝在控制主機(jī)上。

本發(fā)明的有益之處在于，本發(fā)明所提供的全視角測(cè)量掃描系統(tǒng)在大型測(cè)量場(chǎng)內(nèi)縱向視場(chǎng)角最大可達(dá)90°，水平方向的視場(chǎng)角可以根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)置，最大可達(dá)90°。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單的介紹：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x的總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)需要測(cè)量的靶標(biāo)形狀示意圖；

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x的原理框圖；

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中掃描測(cè)量工作站的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖；

圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

同時(shí)，在以下說(shuō)明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的徹底理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以不用這里的具體細(xì)節(jié)或者所描述的特定方式來(lái)實(shí)施。

圖1顯示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x系統(tǒng)100的總體結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明的大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x系統(tǒng)100具體包括靶標(biāo)照明單元101、至少兩個(gè)掃描測(cè)量工作站102、空間交會(huì)測(cè)量單元103以及測(cè)量控制單元104。測(cè)量控制單元104用以協(xié)調(diào)控制靶標(biāo)照明單元、掃描測(cè)量工作站以及空間交會(huì)測(cè)量單元的交互，并在它們之間傳遞數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。在某些情況下，可以將測(cè)量控制單元作為單獨(dú)的一個(gè)部分設(shè)置在大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x系統(tǒng)100中。在另一些情況下，也可以將其中的部分或全部功能放到掃描測(cè)量工作站102中實(shí)現(xiàn)。測(cè)量控制單元104上還設(shè)置有顯示器，這樣便可以將掃描測(cè)量工作站發(fā)送的測(cè)量數(shù)據(jù)例如靶標(biāo)圖像以及坐標(biāo)值實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

一般地，靶標(biāo)照明單元101包括照明源及其驅(qū)動(dòng)電源，它可以由測(cè)量工作站本地控制，也可以由主控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。照明源可以是比較常見(jiàn)的led光源，其用以將所發(fā)出的光線投射到被測(cè)目標(biāo)的靶標(biāo)上。靶標(biāo)的設(shè)計(jì)在本發(fā)明的實(shí)例中遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為黑白相間的圓環(huán)形設(shè)計(jì)，如圖2所示。根據(jù)測(cè)量任務(wù)的具體情況可將多個(gè)靶標(biāo)分布在被測(cè)目標(biāo)上。

為了對(duì)測(cè)量場(chǎng)內(nèi)的整個(gè)空間進(jìn)行掃描測(cè)量，測(cè)量系統(tǒng)還包括至少兩個(gè)掃描測(cè)量工作站，其詳細(xì)實(shí)施方案后面將會(huì)介紹。由于設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)掃描測(cè)量工作站可以掃描到水平方向90度、垂直方向90度范圍內(nèi)的測(cè)量場(chǎng)。在布置這些工作站時(shí)，需要仔細(xì)調(diào)整它們的位置，使得它們放置成正好可以掃描到測(cè)量工作站所面向的測(cè)量場(chǎng)內(nèi)的同一靶標(biāo)的圖像。

在各個(gè)掃描測(cè)量工作站內(nèi)部，需要根據(jù)所獲取的靶標(biāo)圖片處理得到靶標(biāo)相對(duì)于各測(cè)量工作站的角度信息，角度信息通常包括靶標(biāo)相對(duì)于工作站水平方向的方向角以及垂直方向的方向角。

空間交會(huì)測(cè)量單元103用以接收上述測(cè)量工作站發(fā)送來(lái)的角度信息，并將其解算為靶標(biāo)在系統(tǒng)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)值。本發(fā)明的大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x系統(tǒng)主要根據(jù)視場(chǎng)內(nèi)測(cè)量點(diǎn)在多幅圖像中的投影匹配關(guān)系，從而計(jì)算被測(cè)點(diǎn)如靶標(biāo)的空間三維坐標(biāo)值。為了實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)內(nèi)的高精度測(cè)量，系統(tǒng)需要獲取高分辨率的圖像，并根據(jù)圖像特征匹配結(jié)果進(jìn)行空間交會(huì)測(cè)量計(jì)算。

有關(guān)圖像特征檢測(cè)、特征匹配以及空間交會(huì)測(cè)量等具體的實(shí)施細(xì)節(jié)不在本發(fā)明的討論范圍之內(nèi)。通常情況下，現(xiàn)有技術(shù)中也有一些知識(shí)可以被利用來(lái)完成上述功能，因此為不模糊本發(fā)明起見(jiàn)，這里對(duì)此暫不進(jìn)行詳述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以參看與本申請(qǐng)同日提交的其他專利文獻(xiàn)。

如圖3所示，其中詳細(xì)顯示了根據(jù)本發(fā)明原理設(shè)計(jì)的大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的原理框圖。在圖3中，從工作原理上來(lái)講，掃描測(cè)量工作站102具體可劃分為以下部分：掃描轉(zhuǎn)鏡及控制模塊、光學(xué)模塊、線陣圖像采集模塊以及圖像處理模塊、同步控制模塊。

掃描轉(zhuǎn)鏡及控制模塊，控制掃描轉(zhuǎn)鏡以設(shè)定速率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將掃描轉(zhuǎn)鏡所面向的測(cè)量場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)物的光線以一定反射角度進(jìn)行反射，掃描轉(zhuǎn)鏡包括八棱鏡鼓和轉(zhuǎn)臺(tái)。

線陣圖像采集模塊，也可以稱為線陣傳感器，它通過(guò)視場(chǎng)掃描來(lái)獲取被測(cè)目標(biāo)的一維投影。線陣傳感器在圖像獲取的過(guò)程中，垂直視場(chǎng)內(nèi)的角度信息是依靠目標(biāo)在傳感器上像元的位置確定的，水平垂直視場(chǎng)內(nèi)的角度信息是由八棱鏡鼓在空間某一時(shí)刻的掃描角度值確定的。掃描系統(tǒng)的掃描時(shí)間和傳感器采樣的位置由測(cè)量工作站控制系統(tǒng)進(jìn)行精確的控制。因此，掃描頻率和傳感器的采樣位置的精確程度直接影響了系統(tǒng)的測(cè)量精度。

一般在測(cè)量場(chǎng)內(nèi)會(huì)布置多臺(tái)測(cè)量工作站，安排至少兩個(gè)測(cè)量工作站可以同時(shí)測(cè)到同一個(gè)靶標(biāo)，同一被測(cè)靶標(biāo)在不同測(cè)量工作站形成相應(yīng)的投影，測(cè)量工作站得到被測(cè)靶標(biāo)相對(duì)于測(cè)量工作站的垂直和水平的角度信息。為計(jì)算被測(cè)靶標(biāo)的三維坐標(biāo)，需要對(duì)同一被測(cè)靶標(biāo)在不同測(cè)量工作站上的投影進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配結(jié)果將測(cè)量工作站獲得的角度信息，輸入到空間交會(huì)測(cè)量單元，進(jìn)行三維坐標(biāo)值計(jì)算。

此外，系統(tǒng)的測(cè)量精度與諸多因素相關(guān)。首先，單臺(tái)測(cè)量工作站102獲取的圖像分辨率是決定儀器測(cè)量精度的最重要指標(biāo)。在其它條件不變的情況下，圖像分辨率愈高，儀器的測(cè)量精度愈高。

此外，系統(tǒng)的標(biāo)定對(duì)于高精度的測(cè)量也是至關(guān)重要的。也就是說(shuō)，儀器的測(cè)量精度還與測(cè)量場(chǎng)內(nèi)儀器的布置方式相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)不同的布置方式進(jìn)行分析。儀器的測(cè)量精度還與測(cè)量靶標(biāo)與儀器的相對(duì)位置相關(guān)，其對(duì)測(cè)量精度的影響比較復(fù)雜。具體說(shuō)，在測(cè)量工作開始以前，單個(gè)測(cè)量工作站的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定(如測(cè)量工作站內(nèi)部各個(gè)部件之間的位置角度關(guān)系)以及多個(gè)測(cè)量工作站之間的外參數(shù)標(biāo)定(如測(cè)量工作站之間的距離，相對(duì)位置關(guān)系等)均需要高精度地完成。

從機(jī)械結(jié)構(gòu)上，掃描測(cè)量工作站102是按照如圖4所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。如圖4所示，掃描測(cè)量工作站102包括掃描轉(zhuǎn)鏡及控制模塊102a及線陣圖像采集模塊102b、光學(xué)模塊102c、保護(hù)殼體102d以及云臺(tái)102e，以及安裝在控制主機(jī)上的圖像處理模塊、同步控制模塊。

在本發(fā)明中，掃描轉(zhuǎn)鏡包括八棱鏡鼓和單軸轉(zhuǎn)臺(tái)。八棱鏡鼓安裝在單軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面上，由轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)有編碼器，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度由編碼器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出給電機(jī)控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度用于控制穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速和給出水平掃描角度信息。

本發(fā)明中，轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)有的單軸立式轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)。八棱鏡鼓與鏡鼓工裝整體安裝在工作臺(tái)上。工作臺(tái)的臺(tái)面材料為合金鋼，用螺釘組固定在空氣軸承端面上，回轉(zhuǎn)元件采用高精度空氣軸承。主軸與軸承配合的孔的尺寸精度、形位公差及粗糙度要求較高，采用加工中心一次加工完成，以滿足主軸及工作平臺(tái)的工作要求。臺(tái)體旋轉(zhuǎn)由力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，通過(guò)法蘭與主軸相連接，保證傳動(dòng)和反饋實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)臺(tái)的軸系設(shè)計(jì)是保證轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度和臺(tái)面剛度的關(guān)鍵步驟，要有盡可能小的摩擦力矩和較高的回轉(zhuǎn)精度，因此需要選用高精度軸承。由于本系統(tǒng)精度要求極高，因此選用空氣軸承作為回轉(zhuǎn)元件。

空氣軸承通過(guò)壓縮空氣來(lái)承受載荷。由于定子和轉(zhuǎn)子間沒(méi)有機(jī)械接觸，其磨損降到最低，從而可以確保精確度穩(wěn)定的保持在較高水平。由于其結(jié)構(gòu)的不同，空氣主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的高精度天生具備。與傳統(tǒng)軸承相比，空氣軸承自然具備以下優(yōu)點(diǎn)：高精度、高轉(zhuǎn)速、壽命長(zhǎng)、振動(dòng)小、溫升慢等。

由于，掃描測(cè)量工作站采用的是高速高分辨率線陣相機(jī)和掃描轉(zhuǎn)鏡(包括八棱鏡鼓和高精度轉(zhuǎn)臺(tái))，因此可以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)的掃描測(cè)量。八棱鏡鼓置于轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)上轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡鼓的軸線與轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心重合，線陣相機(jī)相對(duì)掃描轉(zhuǎn)鏡軸線的位置固定，線陣傳感器成像面與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸平行。這樣在鏡鼓轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，相機(jī)拍攝鏡鼓反射后的圖像實(shí)現(xiàn)掃描成像，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到靶標(biāo)在測(cè)量工作站坐標(biāo)系下的角度測(cè)量信息。

光學(xué)模塊102c對(duì)所反射的圖像進(jìn)行非實(shí)時(shí)對(duì)焦，以在一定景深范圍內(nèi)進(jìn)行清晰成像。其采用遠(yuǎn)心f-θ結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)為90°。為了減小光學(xué)系統(tǒng)的體積和重量，選用反射式結(jié)構(gòu)。其光學(xué)系統(tǒng)外形尺寸為φ48×145.5mm(不含探測(cè)器及結(jié)構(gòu)件)，光學(xué)模塊設(shè)置成在480nm-650nm波段內(nèi)工作。由于本發(fā)明的光學(xué)模塊屬于短焦距、大視場(chǎng)、小f/#光學(xué)系統(tǒng)，所以采用近似對(duì)稱結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)，這樣可以減少像差的高階量，提高成像質(zhì)量。

此外，測(cè)量工作站的保護(hù)殼體102d的前面裝有光學(xué)保護(hù)窗口。窗口上鍍有帶通增透膜，可以過(guò)濾雜散光和其它波段的光。電機(jī)的散熱器通過(guò)底座連接到外部散熱片上。

本發(fā)明的單個(gè)掃描測(cè)量工作站能夠覆蓋90°×90°大視場(chǎng)范圍，可以滿足3m～100m測(cè)量范圍的要求。完成圖像數(shù)據(jù)的采集與處理，對(duì)300個(gè)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別與定位，輸出目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平和垂直角度信息。

掃描測(cè)量工作站的同步控制模塊，控制掃描轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的同時(shí)同步輸出用以觸發(fā)線陣圖像傳感器進(jìn)行采樣的同步觸發(fā)信號(hào)，同步控制模塊包括外同步觸發(fā)單元，以向掃描轉(zhuǎn)鏡控制模塊和線陣圖像發(fā)送掃描同步信號(hào)，使得掃描轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)速度和線陣圖像采集模塊的采樣速率匹配，同步控制模塊還包括同步脈沖分配器，使同步脈沖之間的延時(shí)在納秒量級(jí)。

測(cè)量控制單元將20hz的掃描同步信號(hào)同時(shí)發(fā)送給掃描測(cè)量工作站的同步控制模塊，掃描轉(zhuǎn)鏡及控制模塊同時(shí)接收單測(cè)量工作站的控制主機(jī)的控制指令，以此來(lái)控制掃描轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描轉(zhuǎn)鏡也會(huì)將已經(jīng)運(yùn)動(dòng)的信號(hào)作為同步信號(hào)的反饋信號(hào)返回給掃描控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，掃描轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中到達(dá)設(shè)定角度位置時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)采集的同步觸發(fā)信號(hào)給線陣圖像采集模塊進(jìn)行圖像采集，發(fā)明中的局部速度反饋元件編碼器是角位置傳感器，即增量式圓光柵。

影響角位置精度的因素主要有回轉(zhuǎn)誤差、測(cè)量元件系統(tǒng)誤差和控制誤差?；剞D(zhuǎn)誤差主要靠軸承的精度和裝配精度保證。控制誤差主要受控制器和反饋元件的誤差影響，控制器由于采用了32位數(shù)字式控制方式，一般誤差可以忽略，所以需主要考慮反饋元件的測(cè)量精度，測(cè)量精度又與反饋元件的系統(tǒng)精度和安裝誤差有關(guān)。

線陣圖像采集模塊將采集到的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)采集卡發(fā)送到圖像處理模塊進(jìn)行拼接處理，從而得到一幅完整的圖像。在測(cè)量工作站的控制主機(jī)中計(jì)算出靶標(biāo)的水平方向和垂直方向的方位角。

在本發(fā)明中，線陣圖像采集模塊用以采樣掃描轉(zhuǎn)鏡反射后透過(guò)所述光學(xué)模塊的若干線陣圖像，并將其處理成圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。其包括cmos線陣傳感器和圖像采集卡，其中，cmos線陣傳感器包括usb接口和cxp接口以將所采樣的圖像數(shù)據(jù)傳輸給所述圖像采集卡。圖像采集卡用以將所述圖像數(shù)據(jù)批量地轉(zhuǎn)發(fā)給圖像處理模塊進(jìn)行圖像拼接處理。cmos傳線陣傳感上設(shè)有外觸發(fā)接口，用以接收同步控制模塊發(fā)送的同步觸發(fā)信號(hào)，以使得所述線陣傳感器的采樣與掃描轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)匹配。

圖像處理模塊接收所述線陣圖像以進(jìn)行拼接處理，并針對(duì)拼接后的完整圖像識(shí)別其中的被測(cè)目標(biāo)在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。

圖像處理算法包括：圖像預(yù)處理(圖像采集、圖像拼接、畸變矯正、圖像濾波、靶標(biāo)篩選、靶標(biāo)粗定位和靶標(biāo)局域圖像截取等)，靶標(biāo)識(shí)別和靶標(biāo)中心定位。在高速圖像處理的工業(yè)應(yīng)用中，配合測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的光源照明、靶標(biāo)設(shè)計(jì)等系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以簡(jiǎn)化上述的圖像處理過(guò)程，以期達(dá)到高速測(cè)量的目的。

線陣圖像的采集數(shù)據(jù)由相機(jī)通過(guò)coaxpress口輸出，控制主機(jī)中的pcie插槽中插入coaxpress圖像采集卡，線陣數(shù)據(jù)由coaxpress采集卡經(jīng)由pcie總線進(jìn)入cuda圖像處理卡。在cuda卡中，完成由圖像預(yù)處理到靶標(biāo)中心定位等一系列操作，以滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精度的要求。

如圖5所示，其中顯示了大視場(chǎng)角三維測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的工作流程圖。

系統(tǒng)的測(cè)量流程主要包括三個(gè)階段：

(1)測(cè)量準(zhǔn)備；

(2)參數(shù)標(biāo)定；

(3)圖像采集、三維計(jì)算與結(jié)果輸出。

系統(tǒng)啟動(dòng)測(cè)量后s901，首先進(jìn)入測(cè)量準(zhǔn)備階段。在該階段中，主要根據(jù)測(cè)量任務(wù)和測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行測(cè)量規(guī)劃s902，包括設(shè)置靶標(biāo)和照明、布置測(cè)量站s903，并核查測(cè)量場(chǎng)規(guī)劃是否滿足測(cè)量需求，即各測(cè)量工作站的視場(chǎng)是否完全覆蓋為其設(shè)置的測(cè)量范圍與靶標(biāo)點(diǎn)，s904，核查無(wú)誤后開始系統(tǒng)自檢，s905，自檢通過(guò)后進(jìn)入?yún)?shù)標(biāo)定和數(shù)據(jù)采集階段。

在參數(shù)標(biāo)定階段中，在主控軟件上建立測(cè)量工程s906，建立圖像坐標(biāo)系。然后進(jìn)行系統(tǒng)外參標(biāo)定s907，將標(biāo)定結(jié)果輸入到測(cè)量軟件中，外參標(biāo)定包括確定各測(cè)量工作站之間的位置關(guān)系及其在圖像坐標(biāo)系下的測(cè)量站位置。

在圖像采集與處理階段，進(jìn)行靶標(biāo)圖像的采集與處理s908，得到靶標(biāo)在各測(cè)量工作站坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，將每個(gè)測(cè)量點(diǎn)相對(duì)測(cè)量工作站的角度信息輸入到空間交會(huì)測(cè)量模塊進(jìn)行三維坐標(biāo)解算s909，得到靶標(biāo)測(cè)量點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)值。

最后，將測(cè)量結(jié)果通過(guò)三維顯示和報(bào)表等形式輸出s910。至此，整個(gè)測(cè)量過(guò)程結(jié)束，s911。

應(yīng)該理解的是，本發(fā)明所公開的實(shí)施例不限于這里所公開的特定結(jié)構(gòu)或處理步驟，而應(yīng)當(dāng)延伸到相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的這些特征的等同替代。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在此使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而并不意味著限制。

說(shuō)明書中提到的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意指結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，說(shuō)明書通篇各個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”并不一定均指同一個(gè)實(shí)施例。

雖然上述示例用于說(shuō)明本發(fā)明在一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用中的原理，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明的原理和思想的情況下，明顯可以在形式上、用法及實(shí)施的細(xì)節(jié)上作各種修改而不用付出創(chuàng)造性勞動(dòng)。因此，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書來(lái)限定。