多結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用分析

戴誠(chéng)銘

湖南常德外國(guó)語(yǔ)學(xué)校

多結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用分析

戴誠(chéng)銘

湖南常德外國(guó)語(yǔ)學(xué)校

在建筑業(yè)的發(fā)展下，人們對(duì)于地形測(cè)量精度的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)觀測(cè)儀器精度高、操作簡(jiǎn)便，但是存在效率低下、工作量大、容易破壞地形的缺點(diǎn)，應(yīng)用多結(jié)構(gòu)光技術(shù)則顯著彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地形測(cè)量技術(shù)中存在的不足。本文主要針對(duì)多結(jié)構(gòu)光在地形測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

多結(jié)構(gòu)光 地形測(cè)量 應(yīng)用

1 引言

在測(cè)量的地形領(lǐng)域中，具有觀測(cè)原理的儀器有水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀等，它們的觀測(cè)度高、操作簡(jiǎn)單被得到廣泛的使用。這些方法一般用于單點(diǎn)的接觸式測(cè)量，存在著許多的缺陷，但是結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量技術(shù)更具有精確性和高效性，它補(bǔ)足了簡(jiǎn)單儀器的很多技術(shù)上的不足。結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量是一種主動(dòng)視覺測(cè)量，它是獲取物體表面信息的一種技術(shù)，有很大的量程和精確度高，圖像信息獲取簡(jiǎn)單，有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，它在機(jī)器視覺、工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用的非常廣泛。結(jié)構(gòu)光的方式有很多不同種類，像點(diǎn)結(jié)構(gòu)光法、線結(jié)構(gòu)光法和多結(jié)構(gòu)光結(jié)構(gòu)方法等很多。點(diǎn)結(jié)構(gòu)光法還有線結(jié)構(gòu)光法獲取圖像的信息有較為成熟的技術(shù)，但是效率較低。而多結(jié)構(gòu)光法既能有效地提高測(cè)量速度，又能對(duì)大尺度、復(fù)雜曲面的輪廓進(jìn)行測(cè)量。

2 多線結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)

2.1 測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

測(cè)量系統(tǒng)里有CCD、激光定位點(diǎn)傳感器、激光源、攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)和控制結(jié)構(gòu)等各部分零件組成。它的工作原理是：先是由激光源向四周被測(cè)物體投射一組間距相等且相互平行的激光平面，激光平面和物體表面相交并且形成一組反應(yīng)表面特征的激光紋；在此期間，由激光點(diǎn)傳感器沿垂直于激光平面的地方發(fā)射一組與其相互平行的激光光束，此光束與待測(cè)物體相交，并且成為一組激光定位點(diǎn)，其次，CCD攝像機(jī)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，然后沿著攝像機(jī)透鏡的主光軸，且與激光平面垂直，然后，可以根據(jù)激光定位點(diǎn)知道相對(duì)的坐標(biāo)，對(duì)光條紋的圖像進(jìn)行矯正，最后，通過(guò)二維和三維圖像來(lái)分析軟件對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的分析。

2.2 激光平面的誤差

測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分有激光源，測(cè)量系統(tǒng)可靠并且容易實(shí)現(xiàn)激光器方式的構(gòu)造，為了達(dá)到系統(tǒng)的測(cè)量精度，激光平面必須相互平行。在激光平面上以激光源為中心，直徑分為4個(gè)檢查的圓環(huán)有1000mm、2000mm、3000mm、4000mm，每個(gè)被檢測(cè)的圓環(huán)上設(shè)置4個(gè)等間距的測(cè)量點(diǎn)，再沿著每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的垂直方向固定刻度的板，激光平面的角度要與其平行，然后再調(diào)整刻度板，使其起始刻度線與起始高度的激光中心線重合，并且在刻度的3個(gè)位置分別讀取每一個(gè)中心線的刻度值，讀取其平均值為激光線的讀數(shù)，把每個(gè)圓環(huán)上的4個(gè)測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)計(jì)算平均，得到激光平面的間距測(cè)量值，最后，分析測(cè)量值與出現(xiàn)的誤差。

3 沖刷坑地形測(cè)量

3.1 測(cè)針方法

精確的測(cè)量地形表面的特點(diǎn)的三維坐標(biāo)測(cè)針法，重點(diǎn)是在地形導(dǎo)軌上的平移定位，精確定位到地形表面上隨便一點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)的平面坐標(biāo)和表面深度值的測(cè)量，我們沿著地形的橫、縱的地方布置直線導(dǎo)軌，平行布置兩根縱向的導(dǎo)軌，在縱向?qū)к壣?，橫向?qū)к売脙啥说幕瑝K在其上方滑動(dòng)，在橫向?qū)к壣习惭b固定滑塊，并且可在導(dǎo)軌上自由的滑動(dòng)，導(dǎo)軌上有最小的刻度，其刻度為1mm。

3.2 多線結(jié)構(gòu)光方法

測(cè)量中光的平面間距為50mm，使測(cè)量的精確必須增加光源的掃描密度。因?yàn)榧す馄矫媾c多光平面平行，被測(cè)的地形形成的激光紋與光平面形成的地形的等高線。形成的方法如下：從起始的高度開始以10mm的間距以垂直的方向升高激光源，拍攝出5組不同的光紋圖像，以第一個(gè)為起測(cè)的高度；將圖像處理并且導(dǎo)入，根據(jù)5組數(shù)據(jù)矯正圖像的尺寸并且確定，然后將圖像導(dǎo)入CAD，并提取出條紋，得到不同的圖像，在進(jìn)行疊加合成等高線圖。

3.3 檢測(cè)結(jié)果并進(jìn)行對(duì)比

在模塊中，形成的三維紋理模型，再通過(guò)查詢精確的得到測(cè)點(diǎn)的高程值，選出不同地形代表的不同的深度選取4、10、12、13、14五個(gè)斷面，把測(cè)量的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)值，然后我們把兩種的測(cè)量的方法得到的值統(tǒng)一好后，在進(jìn)行對(duì)比。從5個(gè)斷面的值分析，斜率與數(shù)值近似于1，表現(xiàn)了它們的線性相關(guān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本篇文章是在多線結(jié)構(gòu)光方法的基礎(chǔ)上應(yīng)用于多線結(jié)構(gòu)光的測(cè)量系統(tǒng)中的沖刷坑地形測(cè)量的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中，在測(cè)量的結(jié)果分析通過(guò)測(cè)針法進(jìn)行對(duì)比，可以得出結(jié)論如下：多線結(jié)構(gòu)光方法在觀測(cè)方面精確度和效率相對(duì)比較很高，是一種非接觸式的測(cè)量的方法，在實(shí)現(xiàn)三維立體沖坑地形的測(cè)量的應(yīng)用中具有一定的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)用性。與測(cè)針測(cè)量的方法相比較而言，多線結(jié)構(gòu)光方法更有巨大的潛力在地形精細(xì)測(cè)量和精確的建模方面。伴隨著線結(jié)構(gòu)光的就發(fā)展，這個(gè)科技將在復(fù)雜的地形測(cè)量方面有更廣闊的前途。

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