戴誠銘

湖南常德外國語學(xué)校

多結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)的應(yīng)用分析

戴誠銘

湖南常德外國語學(xué)校

在建筑業(yè)的發(fā)展下，人們對于地形測量精度的要求越來越高，傳統(tǒng)觀測儀器精度高、操作簡便，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)地形測量技術(shù)中存在的不足。本文主要針對多結(jié)構(gòu)光在地形測量中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

多結(jié)構(gòu)光 地形測量 應(yīng)用

1 引言

在測量的地形領(lǐng)域中，具有觀測原理的儀器有水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀等，它們的觀測度高、操作簡單被得到廣泛的使用。這些方法一般用于單點(diǎn)的接觸式測量，存在著許多的缺陷，但是結(jié)構(gòu)光視覺測量技術(shù)更具有精確性和高效性，它補(bǔ)足了簡單儀器的很多技術(shù)上的不足。結(jié)構(gòu)光視覺測量是一種主動(dòng)視覺測量，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，圖像信息獲取簡單，有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，它在機(jī)器視覺、工業(yè)檢測等領(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量速度，又能對大尺度、復(fù)雜曲面的輪廓進(jìn)行測量。

2 多線結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)

2.1 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

測量系統(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)知道相對的坐標(biāo)，對光條紋的圖像進(jìn)行矯正，最后，通過二維和三維圖像來分析軟件對其進(jìn)行相關(guān)的分析。

2.2 激光平面的誤差

測量系統(tǒng)的重要組成部分有激光源，測量系統(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)被檢測的圓環(huán)上設(shè)置4個(gè)等間距的測量點(diǎn)，再沿著每個(gè)測量點(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)測點(diǎn)的讀數(shù)計(jì)算平均，得到激光平面的間距測量值，最后，分析測量值與出現(xiàn)的誤差。

3 沖刷坑地形測量

3.1 測針方法

精確的測量地形表面的特點(diǎn)的三維坐標(biāo)測針法，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

測量中光的平面間距為50mm，使測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 檢測結(jié)果并進(jìn)行對比

在模塊中，形成的三維紋理模型，再通過查詢精確的得到測點(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，把測量的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)值，然后我們把兩種的測量的方法得到的值統(tǒng)一好后，在進(jìn)行對比。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

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)光的測量系統(tǒng)中的沖刷坑地形測量的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中，在測量的結(jié)果分析通過測針法進(jìn)行對比，可以得出結(jié)論如下：多線結(jié)構(gòu)光方法在觀測方面精確度和效率相對比較很高，是一種非接觸式的測量的方法，在實(shí)現(xiàn)三維立體沖坑地形的測量的應(yīng)用中具有一定的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)用性。與測針測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)雜的地形測量方面有更廣闊的前途。

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