一种基于线激光的三维数据获取装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维数据获取技术领域，尤其涉及一种基于线激光的三维数据获取装置和方法。
【背景技术】
[0002]目前，市场上获取三维数据的产品有激光扫描仪、立体相机、T0F(TimeofFlight)相机三大类。激光扫描仪只能获得激光线上点的三维坐标数据，需要移动激光扫描仪或被扫描物体，通过拼接才能获得被扫描空间内所有点的三维数据，拼接的精度直接依赖于运动的精度，对运动执行机构要求较高，整个系统成本较高;立体相机通过两个或多个相机同时拍摄，通过不同视角图像匹配和三角测量原理，计算出空间内所有点的三维坐标数据，立体相机获得三维数据的精度完全依赖图像匹配的精度，而图像匹配的精度受光照、被测空间等因素影响较大，因此立体相机获取三维数据的精度无法保证;TOF相机的原理是计算发射光线和反射光线的时间差，得到相机与被测物体的距离，TOF相机的价格和精度介于激光扫描仪和立体相机之间，但是空间分辨率较低。总而言之，目前市场上还没有同时具备高精度、低价格、高空间分辨率的三维数据获取产品。
【发明内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于线激光的三维数据获取装置和方法，结合激光扫描仪和立体视觉的优点，提供一种具备高精度、成本低、空间分辨率高的三维数据获取解决方案。
[0004]本发明提出的一种基于线激光的三维数据获取装置，包括:
[0005]线激光扫描单元，由线激光发生器、多棱反射镜、旋转机构组成。线激光发生器产生一束线激光投射到多棱反射镜的反射镜面上，反射镜面将线激光反射到装置前方，多棱反射镜安装在旋转机构上，并由旋转电机带动作旋转运动，随着电机旋转，线激光在装置前方作连续扫描运动，扫描区域的视场角为360*2/反射镜棱数，因此多棱反射镜至少为四棱镜，保证线激光能在装置前方小于180度视场角区域内重复、连续扫描；
[0006]双目相机单元，由两个相机和滤光片组成，两个相机分别位于装置两端，且相互夹角可微调，线激光扫描单元置于两相机中间，微调两相机之间的夹角，使得扫描区域内的激光线均可同时在两个相机内成像。每个相机均装有窄带滤光片，其允许通过光波的中心频率与激光发生器产生的激光频率相同，同时调整相机的曝光参数，使得相机只获取激光线条的图像，滤除环境光线和被扫描物体对激光线条图像的影响。
[0007]嵌入式处理单元，由相机数据采集模块、图像数据处理模块以及数据交互模块组成。相机数据采集模块同时向两个相机发出同步采集脉冲，两个相机同时成像并将图像同时传送给数据采集模块;数据采集模块将采集到的两幅图像送给图像数据处理模块，图像数据处理模块由嵌入式处理器DSP和FPGA组合构成，图像的像素点匹配计算量非常大，由FPGA硬件并行实现，得到像素点匹配对后，DSP根据两个相机内、外参数和三角测量原理解算出该像素点的三维坐标;数据交互模块具备多种控制与数据传输接口，用于将获得的三维数据传输给其他设备或接受其他设备的控制指令。
[0008]本发明还提出了一种基于线激光的三维数据获取方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1:对双目相机参数进行标定，具体包括每个相机的内参数以及两个相机之间结构参数的标定；
[0010]步骤2:双目相机同时获取带有激光线的立体图像对；
[0011]步骤3:对立体图像对进行校正，具体校正过程包括每幅图像自身的畸变校正和图像对之间的极线校正，极线校正使得图像对之间的匹配点只存在于同一行像素点之间；
[0012]步骤4:获得立体图像对之间对应点的匹配关系；
[0013]步骤5:根据三角测量原理计算得到对应点的三维信息。
[0014]本发明具有以下有益效果:
[0015]1、本发明提供的一种基于线激光的三维数据获取装置和方法，采用了线激光作为图像匹配的结构光，具有与激光扫描仪相同的高精度，同时使用双目视觉系统，装置或被扫描物体不再需要高精度的运动扫描装置，大大降低系统成本。
[0016]2、本发明提供的一种基于线激光的三维数据获取装置和方法，使用基于DSP和FPGA嵌入式处理器作为图像处理单元，不仅具有体积小、功耗低等优点，而且使用FPGA硬件实现计算量非常大的像素点匹配，使得本装置在获得高空间分辨率的三维数据的同时，具备非常好的实时性。
[0017]因此，本发明提供的一种基于线激光的三维数据获取装置和方法，具有高精度、高分辨率、高实时性、成本低的优点。
【附图说明】
[0018]图1一种基于线激光的三维数据获取装置的整体结构示意图；
[0019]图2—种基于线激光的三维数据获取方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0021]如图1所示，该装置包括:
[0022]线激光扫描单元，由线激光发生器3、线激光安装支架4、六棱镜6、六棱镜安装件5和旋转电机10组成。线激光发生器通过安装支架安装在壳体11上，其安装位置可作平移和旋转微调。本实例中多棱镜采用六棱镜，因此线激光扫描区域的视场角为120度。六棱镜通过安装组件安装在旋转电机上，并由电机带动旋转，本实例中旋转电机采用微型直流电机。微调激光发生器与六棱镜的距离和角度，使得线激光可在装置前方120度视场角范围内重复、连续扫描。
[0023]双目相机单元，由安装支架1、相机2、相机7、安装支架8组成。相机2和相机7分别通过各自的安装支架安装在装置的两侧，且两个相机的夹角可微调。线激光扫描单元位于中间，因此投射的扫描激光线区域位于两相机中间区域，调整两个相机的夹角朝向，使得扫描区域内的激光线可同时在两个相机内成像。两个相机均带有窄带滤光片，本实例中采用允许通过光波波长为830正负1nm的窄带滤光片，线激光发生器投射的线激