一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法、系统和装置

摘要

本发明提出了一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法、系统和装置。所述方法包括步骤1、控制CCD相机针对目标采集目标对应的平面图像；步骤2、识别图像上待测量的三维坐标的目标区域，并对所述目标区域轮廓点Di进行标注；步骤3、控制TOF测距仪的旋转角度，使TOF测距仪发射可见激光对准所述目标区域轮廓点，依次照射所述目标区域轮廓点，并获取每个所述目标区域轮廓点对应的空间坐标；步骤4、对所述目标区域轮廓点扫描个数进行判断，完成对所有所述目标区域轮廓点Di的照射；步骤5、根据所述目标区域轮廓点Di的空间坐标计算获取所述目标区域的三维坐标，并根据所述三维坐标绘制目标三维图。

说明书

技术领域

本发明提出了一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法、系统和装置，属于飞行时间测量技术领域。

背景技术

TOF(TimeofFlight)激光测距技术原理是发射机向对象发射光脉冲，接收器通过计算光脉冲从返回到接收器的运行时间乘以光速来确定被测量对象的距离。与立体相机或三角测量技术比，TOF相机体积小巧，测量处理速度快，测量过程受物体表面特征影响小，测量精度精度不随距离改变而变化，基本能稳定在mm级，可以非常准确的进行空间目标的距离测量，广泛应用于汽车自动驾驶的激光雷达、卫星地球测距、建筑物尺寸测量等领域。但是，TOF相位法测距只能获取测距仪至被测目标之间的距离，无法方便快捷地测量空间目标的三维形貌尺寸。

发明内容

本发明提供了一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法、系统和装置，用以解决现有飞行时间测量无法快速测量空间目标的三维形貌尺寸的问题，所采取的技术方案如下：

一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法，所述方法包括：

步骤1、控制CCD相机针对目标采集目标对应的平面图像；

步骤2、识别图像上待测量的三维坐标的目标区域，并对所述目标区域轮廓点D

步骤3、控制TOF测距仪的旋转角度，使TOF测距仪发射可见激光对准所述目标区域轮廓点，依次照射所述目标区域轮廓点，并获取每个所述目标区域轮廓点对应的空间坐标；

步骤4、对所述目标区域轮廓点扫描个数进行判断，完成对所有所述目标区域轮廓点D

步骤5、根据所述目标区域轮廓点D

进一步地，步骤3所述获取每个所述目标区域轮廓点对应的空间坐标的过程包括：

步骤301、控制所述CCD相机采集TOF测距仪发射依次照射所述目标区域轮廓点时的图像；

步骤302、读取所述TOF测距仪依次对准所述目标区域轮廓点获取的测距仪读数L

步骤303、通过所述TOF测距仪的旋转角度和测距仪读数L

进一步地，所述TOF测距仪的旋转角度包括所述TOF测距仪在A轴和C轴上的旋转角度。

进一步地，通过如下公式获取所述目标区域轮廓点D

x

y

z

其中，x

进一步地，步骤4中所述的对所述目标区域轮廓点扫描个数进行判断的过程为：

判断i是否大于等于n，如果i＜n，则重复步骤3的内容直至所述TOF测距仪将所有所述目标区域轮廓点D

一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量系统，所述系统包括：

CCD相机控制模块，用于控制CCD相机针对目标采集目标对应的平面图像；

识别模块，用于识别图像上待测量的三维坐标的目标区域，并对所述目标区域轮廓点D

TOF测距仪控制模块，用于控制TOF测距仪的旋转角度，使TOF测距仪发射可见激光对准所述目标区域轮廓点，依次照射所述目标区域轮廓点，并获取每个所述目标区域轮廓点对应的空间坐标；

判断模块，用于对所述目标区域轮廓点扫描个数进行判断，完成对所有所述目标区域轮廓点D

三维坐标获取模块，用于根据所述目标区域轮廓点D

进一步地，所述TOF测距仪控制模块包括：

图像采集控制模块，用于控制所述CCD相机采集TOF测距仪发射依次照射所述目标区域轮廓点时的图像；

读取模块，用于读取所述TOF测距仪依次对准所述目标区域轮廓点获取的测距仪读数L

空间坐标获取模块，用于通过所述TOF测距仪的旋转角度和测距仪读数L

进一步地，所述判断模块包括：

个数判断模块，用于判断i是否大于等于n；

重复启动模块，用于在所述个数判断模块确定i＜n时，重复启动TOF测距仪控制模块直至所有所述目标区域轮廓点D

启动模块，用于在所述个数判断模块确定果i≥n时，启动三维坐标获取模块。

一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量装置，所述测量装置包括：计算机、承载台、CCD相机和TOF测距仪；所述计算机分别与所述承载台、CCD相机和TOF测距仪进行电连接；所述CCD相机设置于承载台内部；所述TOF测距仪以可旋转方式活动安装于所述所述承载台上。

进一步地，所述承载台的上表面设置有水平方向旋转的水平旋转轴，所述水平旋转轴上设有垂直方向转动的垂直转动轴；所述TOF测距仪固定安装在所述的垂直转动轴上。

本发明有益效果：

本发明提出的一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法利用TOF测距仪和CCD相机结合的方式实现被测目标的空间形貌尺寸数据的自动化测量。通过本发明所述基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法能够有效提高被测目标的三维尺寸测量准确性，并且简化空间平面尺寸测量过程，减少测量过程中的数据处理量，有效提高空间平面尺寸测量的速度和效率。同时，通过将TOF测距仪和CCD相机结合实现了任意形状被测目标的三维形貌尺寸的快速测量和高精准度测量。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程图；

图2为本发明所述方法的原理图；

图3为本发明所述系统的系统框图；

图4为本发明所述装置的结构示意图；

(1，计算机；2，承载台；3，CCD相机；4，TOF测距仪；21，水平旋转轴；22，垂直转动轴)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法，如图1和图2所示，所述方法包括：

步骤1、控制CCD相机针对目标采集目标对应的平面图像；

步骤2、识别图像上待测量的三维坐标的目标区域，并对所述目标区域轮廓点D

步骤3、控制TOF测距仪的旋转角度，使TOF测距仪发射可见激光对准所述目标区域轮廓点，依次照射所述目标区域轮廓点，并获取每个所述目标区域轮廓点对应的空间坐标；

步骤4、对所述目标区域轮廓点扫描个数进行判断，完成对所有所述目标区域轮廓点D

步骤5、根据所述目标区域轮廓点D

其中，步骤3所述获取每个所述目标区域轮廓点对应的空间坐标的过程包括：

步骤301、控制所述CCD相机采集TOF测距仪发射依次照射所述目标区域轮廓点时的图像；

步骤302、读取所述TOF测距仪依次对准所述目标区域轮廓点获取的测距仪读数L

步骤303、通过所述TOF测距仪的旋转角度和测距仪读数L

所述TOF测距仪的旋转角度包括所述TOF测距仪在A轴和C轴上的旋转角度，其中，所述A轴表示TOF测距仪沿垂直方向旋转，θ

通过如下公式获取所述目标区域轮廓点D

x

y

z

其中，x

步骤4中所述的对所述目标区域轮廓点扫描个数进行判断的过程为：

判断i是否大于等于n，如果i＜n，则重复步骤3的内容直至所述TOF测距仪将所有所述目标区域轮廓点D

上述技术方案的工作原理；通过CCD相机采集目标对应的平面图像，然后，识别所述平面图像上的待测量的三维坐标的目标区域，在所述待测量的三维坐标的目标区域上设置n个轮廓点D

上述技术方案的效果：利用TOF测距仪和CCD相机结合的方式实现被测目标的空间平面尺寸数据的自动化测量。通过本发明所述基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法能够有效提高被测目标的三维尺寸测量准确性，并且简化空间平面尺寸测量过程，减少测量过程中的数据处理量，有效提高空间平面尺寸测量的速度和效率。同时，通过将TOF测距仪和CCD相机结合实现了被测目标任意形状下的三维方向上的快速测量和高精准度测量。

本发明实施例提出了一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量系统，如图3所示，所述系统包括：

CCD相机控制模块，用于控制CCD相机针对目标采集目标对应的平面图像；

识别模块，用于识别图像上待测量的三维坐标的目标区域，并对所述目标区域轮廓点D

TOF测距仪控制模块，用于控制TOF测距仪的旋转角度，使TOF测距仪发射可见激光对准所述目标区域轮廓点，依次照射所述目标区域轮廓点，并获取每个所述目标区域轮廓点对应的空间坐标；

判断模块，用于对所述目标区域轮廓点扫描个数进行判断，完成对所有所述目标区域轮廓点D

三维坐标获取模块，用于根据所述目标区域轮廓点D

其中，所述TOF测距仪控制模块包括：

图像采集控制模块，用于控制所述CCD相机采集TOF测距仪发射依次照射所述目标区域轮廓点时的图像；

读取模块，用于读取所述TOF测距仪依次对准所述目标区域轮廓点获取的测距仪读数L

空间坐标获取模块，用于通过所述TOF测距仪的旋转角度和测距仪读数L

其中，所述判断模块包括：

个数判断模块，用于判断i是否大于等于n；

重复启动模块，用于在所述个数判断模块确定i＜n时，重复启动TOF测距仪控制模块直至所有所述目标区域轮廓点D

启动模块，用于在所述个数判断模块确定果i≥n时，启动三维坐标获取模块。

上述技术方案的工作原理为：首先，利用CCD相机控制模块控制CCD相机针对目标采集目标对应的平面图像；然后，通过识别模块识别图像上待测量的三维坐标的目标区域，并对所述目标区域轮廓点D

上述技术方案的效果：利用TOF测距仪和CCD相机结合的方式实现被测目标的空间形貌尺寸数据的自动化测量。通过本发明所述基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法能够有效提高被测目标的三维尺寸测量准确性，并且简化空间平面尺寸测量过程，减少测量过程中的数据处理量，有效提高空间目标三维形貌尺寸测量的速度和效率。同时，通过将TOF测距仪和CCD相机结合实现了被任意形状测目标的三维空间坐标的快速测量和高精准度测量。

本发明实施例提出了一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量装置，如图4所示，所述测量装置包括：计算机1、承载台2、CCD相机3和TOF测距仪4；所述计算机1分别与所述承载台2、CCD相机3和TOF测距仪4进行电连接；所述CCD相机3设置于承载台2内部；所述TOF测距仪4以可旋转方式活动安装于所述所述承载台2上。

其中，所述承载台2的上表面设置有水平方向旋转的水平旋转轴21，所述水平旋转轴21上设有垂直方向转动的垂直转动轴22；所述TOF测距仪4固定安装在所述的垂直转动轴22上。

上述技术方案的工作原理：所述测量装置通过计算机控制承载台上的各转动轴体进行转动，通过调节水平旋转轴的旋转角度来实现TOF测距仪水平方向上的旋转调节，通过调节垂直转动轴的旋转角度实现TOF测距仪垂直方向上的旋转调节。所述TOF测距仪和CCD相机测量获取的数据通过数据传输方法发送至计算机，所述计算机利用上述三维目标飞行时间测量方法和系统计算获取被测目标的三维数据。

上述技术方案的效果：利用TOF测距仪和CCD相机结合的方式实现被测目标的空间平面尺寸数据的自动化测量。通过本发明所述基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法和系统结合所述装置能够有效提高被测目标的三维坐标和尺寸测量准确性，并且简化空间目标尺寸测量过程，减少测量过程中的数据处理量，有效提高空间目标三维形貌和尺寸测量的速度和效率。同时，通过将TOF测距仪和CCD相机结合实现了被测任意形状目标的三维形貌和坐标的快速测量和高精准度测量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。