一種光學高度測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種光學高度測量方法，包括移動機構、扇形激光器和圖像捕獲裝置；其中，扇形激光器設置在移動機構上移動方向的前端，扇形激光器發出的扇形一字光路與地面形成光帶，且光帶與移動機構的移動方向相垂直；圖像捕獲裝置設置在移動機構上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點位于光帶上；在移動機構的移動過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點的移動路徑上，基于以上裝置，基于光學標定原理，實現了針對被測物高度的非接觸測量方式，方法簡便易于實現，保證了最終被測物高度數據測量的準確。
【專利說明】一種光學高度測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學高度測量方法。
【背景技術】
[0002]目前，常用的非接觸式測量裝置多采用采用預設標定物的方式進行，如在被測物旁邊放置一個長度已知的標準件，但是這種方法主要缺點在于:1.對于連續變化區域進行測量需要安裝多種標定物，費時費工；2.由于標定物是采用間隔一段距離的放置，使得標定不準確，對于要求間隙在厘米級的軌道應用難以實現；3.當長寬比不是1:1時，易出現長方向或寬方向的測量結果等比例縮小或放大誤差。為解決標定物的連續性問題及縱橫比例問題，也有文獻提出了用光線進行標定的方法，比如投影一個成90度垂直方向的等距縱橫光條到被測物體表面，且水平光線與垂直光線所構成的投影面垂直于測量裝置的光軸，這種方法能較好的解決以上問題，但同樣也存在兩個缺陷，1.僅能獲得投影面的長度寬度信息，對于高度信息卻沒有有效方法測量；2.當測量大平面時，由于鏡頭視場角的影響，在一幅圖中的像素-尺寸對應關系實際是變化的，這種標定法沒有考慮變化帶來的影響。
[0003]而采用激光或超聲波等反射波法都是通過將發射波束裝置與接收波束裝置安裝在一起，根據反射波的時間或相位差來進行測量。但是這種只能測量出物體與測量點之間的距離，無法得到物體的高度(即與物體測量點連線垂直的尺寸)；同時測量范圍、精度及被測物體運動狀態都受很大限制。
【發明內容】
[0004]針對上述技術問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單，基于光學標定原理，采用非接觸方式對被測物指定位置的高度進行測量的光學高度測量方法。
[0005]本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案:本發明設計了一種光學高度測量方法，包括移動機構、扇形激光器和圖像捕獲裝置；其中，扇形激光器設置在移動機構上移動方向的前端，扇形激光器發出的扇形一字光路與地面形成光帶，且光帶與移動機構的移動方向相垂直；圖像捕獲裝置設置在移動機構上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點位于光帶上；在移動機構的移動過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點的移動路徑上，基于以上裝置實現針對被測物高度的測量，包括如下步驟:
[0006]步驟001.初始化選取單位高度參照物設置在圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點上，扇形激光器發出的扇形一字光路在參照物單位高度的表面形成光帶，圖像捕獲裝置捕獲圖像，獲取捕獲圖像中參照物的像素長度，根據如下公式(I)和公式(2)，將單位長度和捕獲圖像中參照物的像素長度分別代入hMal、hpixel,獲取比例常數K ；
[0007]hreal = S sin β / cos ( α - β )(I)
[0008]hpixei = K.tan β(2)
[0009]其中，α為圖像捕獲裝置的光軸與地面間的夾角，S為圖像捕獲裝置沿光軸方向與地面間的距離，hreal為被測物上光帶的指定位置的實際高度，hpixel為被測物上光帶的指定位置在捕獲圖像中的像素高度，β為被測物上光帶的指定位置與圖像捕獲裝置間的連線和光軸之間的夾角；
[0010]步驟002.被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點的移動路徑上，移動機構的移動過程中，扇形激光器發出的扇形一字光路在被測物表面形成光帶，且圖像捕獲裝置捕獲圖像；
[0011]步驟003.針對捕獲圖像，獲取捕獲圖像中被測物上光帶的指定位置在捕獲圖像中的像素高度hpixel，并根據比例常數K和公式(2)獲取與該幅捕獲圖像相對應、被測物上光帶的指定位置與圖像捕獲裝置間的連線和光軸之間的夾角β ;
[0012]步驟004.根據圖像捕獲裝置的光軸與地面間的夾角α、圖像捕獲裝置沿光軸方向與地面間的距離S、夾角β和公式(1)，獲取與該幅捕獲圖像相對應、被測物上光帶的指定位置的實際高度hMal。
[0013]作為本發明的一種優選技術方案:所述步驟002中，所述移動機構的移動過程中，所述圖像捕獲裝置按預設幀率捕獲數幅圖像；還包括所述步驟005，針對各幅捕獲圖像，分別重復所述步驟003至所述步驟004的操作，獲取被測物上各指定位置的實際高度。
[0014]作為本發明的一種優選技術方案:所述扇形激光器發出的扇形一字光路所在面與地面相垂直。
[0015]作為本發明的一種優選技術方案:所述扇形激光器為FU80811L200-T60扇形激光器。
[0016]作為本發明的一種優選技術方案:所述圖像捕獲裝置為(XD、CMOS數字式像機或模擬像機配合數字采集設備。
[0017]本發明所述一種光學高度測量方法采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
[0018](I)本發明設計的光學高度測量方法，結構簡單，基于光學標定原理，采用扇形激光器對被測物進行光學標定，在此基礎上通過圖像捕獲裝置進行圖像捕獲，最后針對捕獲的圖像進行分析，實現了針對被測物高度的非接觸測量方式，方法簡便易于實現，便于控制；
[0019](2)本發明設計的光學高度測量方法中，在所述移動機構的移動過程中，通過圖像捕獲裝置按預設幀率捕獲數幅圖像，然后分別針對各幅捕獲圖像進行分析，進而能夠獲得被測物的各指定位置的高度，保證了被測物高度信息的完整性；
[0020]( 3 )本發明設計的光學高度測量方法中，針對所述扇形激光器，設計扇形激光器發出的扇形一字光路所在面與地面相垂直，避免了扇形一字光路在被測物表面形成的光帶出現扭曲現象，進一步保證了最終針對被測物高度數據測量的準確性；
[0021](4)本發明設計的光學高度測量方法，測量裝置可以在運動過程中針對被測物進行高度測量，且測量硬件結構簡單，測量方法簡潔易于控制，保證了最終被測物高度數據測量的準確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明設計光學高度測量方法的流程圖；
[0023]圖2是本發明設計光學高度測量方法的原理示意圖。【具體實施方式】
[0024]下面結合說明書附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0025]如圖1和圖2所示，本發明設計的一種光學高度測量方法在實際應用過程當中，包括移動機構、扇形激光器和圖像捕獲裝置；移動機構可以采用移動小車，扇形激光器采用FU80811L200-T60扇形激光器，圖像捕獲裝置采用(XD、CMOS數字式像機或模擬像機配合數字采集設備；其中，FU80811L200-T60扇形激光器設置在移動小車上移動方向的前端，FU80811L200-T60扇形激光器發出的扇形一字光路與地面形成光帶，光帶與移動小車的移動方向相垂直，且FU80811L200-T60扇形激光器發出的扇形一字光路所在面與地面相垂直，避免了扇形一字光路在被測物表面形成的光帶出現扭曲現象，進一步保證了最終針對被測物高度數據測量的準確性；圖像捕獲裝置設置在移動小車上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點位于光帶上；在移動小車的移動過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點的移動路徑上，基于以上裝置實現針對被測物高度的測量，包括如下步驟:
[0026]步驟001.初始化選取單位高度參照物設置在圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點上，FU80811L200-T60扇形激光器發出的扇形一字光路在參照物單位高度的表面形成光帶，圖像捕獲裝置捕獲圖像，獲取捕獲圖像中參照物的像素長度，如圖2所示，根據三角
形正弦定理獲
【權利要求】
1.一種光學高度測量方法，其特征在于:包括移動機構、扇形激光器和圖像捕獲裝置；其中，扇形激光器設置在移動機構上移動方向的前端，扇形激光器發出的扇形一字光路與地面形成光帶，且光帶與移動機構的移動方向相垂直；圖像捕獲裝置設置在移動機構上，且圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點位于光帶上；在移動機構的移動過程中，被測物位于圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點的移動路徑上，基于以上裝置實現針對被測物高度的測量，包括如下步驟: 步驟001.初始化選取單位高度參照物設置在圖像捕獲裝置的光軸與地面相交的交點上，扇形激光器發出的扇形一字光路在參照物單位高度的表面形成光帶，圖像捕獲裝置捕獲圖像，獲取捕獲圖像中參照物的像素長度，根據如下公式(I)和公式(2)，將單位長度和捕獲圖像中參照物的像素長度分別代入hMal、hpixel,獲取比例常數K ；
2.根據權利要求1所述一種光學高度測量方法，其特征在于:所述步驟002中，所述移動機構的移動過程中，所述圖像捕獲裝置按預設幀率捕獲數幅圖像；還包括所述步驟005，針對各幅捕獲圖像，分別重復所述步驟003至所述步驟004的操作，獲取被測物上各指定位置的實際高度。
3.根據權利要求1所述一種光學高度測量方法，其特征在于:所述扇形激光器發出的扇形一字光路所在面與地面相垂直。
4.根據權利要求1或3所述一種光學高度測量方法，其特征在于:所述扇形激光器為FU80811L200-T60 扇形激光器。
5.根據權利要求1所述一種光學高度測量方法，其特征在于:所述圖像捕獲裝置為CCD、CMOS數字式像機或模擬像機配合數字采集設備。
【文檔編號】G01B11/02GK103743347SQ201410011150
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】崔治, 葛友華, 盧倩, 趙世田, 劉道標 申請人:鹽城工學院
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
