1、13/13AK10-0087說(shuō)明書(shū)摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，包括激光掃描裝置和相機(jī)。掃描裝置與相機(jī)光軸擁有特定的空間角度與地址關(guān)系，相機(jī)的光軸與掃描裝置的掃描面可以平行或垂直設(shè)置。所述裝置可以配置一臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)，每臺(tái)相機(jī)的光軸與掃描面平行或垂直。所述布局結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了激光掃描裝置與相機(jī)空間角度和地址關(guān)系的幾何解算，提高激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)般配交融的優(yōu)越性。101AK10-0087摘要附圖1AK10-0087權(quán)利要求書(shū)1一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，其特色在于，所述結(jié)構(gòu)包括激光掃描裝置和相機(jī)，激光掃描裝置的掃描面（以下簡(jiǎn)稱掃描面）與相機(jī)光軸擁有特

2、定的空間角度和地址關(guān)系。2依照權(quán)益要求1所述的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，其特色在于，相機(jī)的光軸與掃描面平行。3依照權(quán)益要求1所述的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，其特色在于，所述相機(jī)的光軸與掃描平面垂直。4.依照權(quán)益要求2和3所述的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，其特色在于，所述結(jié)構(gòu)可以配置1臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)，每臺(tái)相機(jī)的光軸分別與激光掃描面平行或垂直。5.依照權(quán)益要求1-7所述的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，其特色在于，相機(jī)像平面坐標(biāo)系與掃描機(jī)構(gòu)的掃描坐標(biāo)系的空間幾何關(guān)系可以經(jīng)過(guò)單次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換與坐標(biāo)平移變換完成。6依照權(quán)益要求1所述

3、的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，所述相機(jī)可以是商業(yè)相機(jī)，工業(yè)相機(jī)或各樣相機(jī)模塊。1AK10-0087說(shuō)明書(shū)一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種激光掃描技術(shù)，特別涉及一種一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)背景技術(shù)激光掃描技術(shù)是空間數(shù)據(jù)獲得的重要手段之一。激光掃描裝置獲得掃描地域的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描裝置上配置的相機(jī)采集掃描地域的影像數(shù)據(jù)，將獲得的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)進(jìn)行般配，對(duì)獲得的目標(biāo)的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)賜予RGB色彩信息，可以實(shí)現(xiàn)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)襯著收效。本發(fā)明提出了一種一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，在掃描裝置與相機(jī)的空間地

4、址關(guān)系的幾何解算過(guò)程中，相機(jī)的像平面坐標(biāo)系與掃描裝置的掃描坐標(biāo)系的空間變換只需經(jīng)過(guò)單次的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和坐標(biāo)平移變換完成，簡(jiǎn)化了對(duì)掃描地域的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與相機(jī)的影像數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)般配的解算過(guò)程。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是供應(yīng)一種可以提高掃描裝置獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與相機(jī)采集的影像數(shù)據(jù)之間的般配解算的激光掃描裝置與相機(jī)的空間布局結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是經(jīng)過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，包括掃描裝置與相機(jī)兩部分，主要涉及掃描裝置掃描面與相機(jī)光軸的布局結(jié)構(gòu)。掃描裝置的掃描面與相機(jī)光軸擁有特定的空間角度和地址關(guān)系，相機(jī)的光軸與掃描裝置的掃描面滿足平行關(guān)系，相機(jī)的光軸與掃描機(jī)構(gòu)的

5、掃描面滿足垂直關(guān)系，經(jīng)過(guò)設(shè)備的檢校，可精確的檢測(cè)相機(jī)的光軸與掃描面之間平行關(guān)系的角度偏差與垂直關(guān)系的角度偏差。由上述本發(fā)明供應(yīng)的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，由于掃描裝置的掃描面與相機(jī)光軸擁有特定的空間角度和地址關(guān)系，相機(jī)光軸與掃描裝置的掃描面平行或垂直，相機(jī)像平面坐標(biāo)系與掃描機(jī)構(gòu)的掃描坐標(biāo)系的空間幾何關(guān)系只需經(jīng)過(guò)單次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和單次坐標(biāo)變換完成，因此可以簡(jiǎn)化激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與相機(jī)影像采集數(shù)據(jù)的般配解算，提高了掃描裝置獲得的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與相機(jī)采集的影像數(shù)據(jù)交融的優(yōu)越性。1AK10-0087附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明中相機(jī)與掃描機(jī)構(gòu)地址關(guān)系表示圖；圖2、圖3、圖

6、4分別為本發(fā)明中單掃描裝置與2臺(tái)、4臺(tái)、5臺(tái)相機(jī)的地址關(guān)系表示圖；圖3為本發(fā)明中雙掃描裝置與相機(jī)地址關(guān)系表示圖。詳盡推行方式本發(fā)明的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，其較佳的詳盡推行方式如圖1與2所示：包括激光掃描裝置1和相機(jī)2兩部分，圖1中所述相機(jī)2的光軸a與激光掃描裝置1的掃描平面b平行；圖2中垂直所述相機(jī)2的光軸a與激光掃描裝置1的掃描平面c垂直。所述掃描裝置可配置一臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)，每臺(tái)相機(jī)光軸分別與掃描面平行或垂直。所述相機(jī)的像平面坐標(biāo)系與所述掃描裝置的掃描坐標(biāo)系的空間幾何關(guān)系只需經(jīng)過(guò)單次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換和單次坐標(biāo)平移變換完成。所述相機(jī)可以是商業(yè)相機(jī)或工業(yè)相機(jī)或相機(jī)模塊等。本發(fā)明

7、的一種面陣成像與激光掃描組合的三維成像測(cè)量系統(tǒng)，所述相機(jī)的光軸與掃描裝置的掃描面平行或垂直，經(jīng)過(guò)設(shè)備的檢校，可精確的檢測(cè)出相機(jī)的光軸與掃描裝置的掃描面之間的平行與垂直關(guān)系。每臺(tái)掃描裝置可以配置一臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)。詳盡推行例一，如圖3所示，激光掃描裝置1配置有2臺(tái)相機(jī)，所述相機(jī)2與相機(jī)3的光軸平行且沿y軸背靠背設(shè)置，所述2臺(tái)相機(jī)的光軸y與掃描裝置的掃描平面b垂直。詳盡推行例二，如圖4所示，所述激光掃描裝置配置有4臺(tái)相機(jī)，所述4臺(tái)相機(jī)中：相機(jī)2與相機(jī)3的光軸平行且沿y軸背靠背設(shè)置，此2臺(tái)相機(jī)的光軸與圖中y軸平行，且與掃描裝置的掃描面b垂直；相機(jī)4與相機(jī)5的光軸平行且沿z軸背靠背設(shè)置，此2臺(tái)相機(jī)的光軸與

8、掃描裝置的掃描面平行。詳盡推行例三，如圖5所示，所述掃描裝置配置有5臺(tái)相機(jī)，所述5臺(tái)相機(jī)中：相機(jī)2與相機(jī)3的光軸平行且沿y軸背靠背設(shè)置，此2臺(tái)相機(jī)的光軸與圖中y軸平行，且與掃描裝置的掃描面b垂直；相機(jī)4與相機(jī)5的光軸平行且沿z軸背靠背設(shè)置，此2臺(tái)相機(jī)的光軸與掃描裝置的掃描面b平行。相機(jī)6的光軸與掃描裝置的掃描面b平行，且與相機(jī)2、3、4和5的光軸垂直。詳盡推行例四，如圖6所示，2套掃描裝置同時(shí)運(yùn)行，每套掃描裝置配置有2臺(tái)相機(jī)，2AK10-0087在影像般配時(shí)，依照掃描機(jī)構(gòu)確定的坐標(biāo)系下的激光點(diǎn)坐標(biāo)、相機(jī)中心點(diǎn)坐標(biāo)、相機(jī)視場(chǎng)角和相機(jī)部署姿態(tài)，即可計(jì)算出每個(gè)激光點(diǎn)落在哪一幅或哪幾幅對(duì)應(yīng)的影像內(nèi)；再

9、依照掃描機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系下的激光點(diǎn)坐標(biāo)、相機(jī)中心點(diǎn)坐標(biāo)、相機(jī)部署姿態(tài)、相機(jī)焦距，經(jīng)過(guò)攝影測(cè)量學(xué)中的共線方程，即可計(jì)算獲得每一個(gè)激光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的影像坐標(biāo)。經(jīng)過(guò)影像坐標(biāo)進(jìn)行色彩的插值計(jì)算，即可獲得激光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的RGB色彩值。在實(shí)質(zhì)應(yīng)用中，可在一臺(tái)掃描裝置上配置有多臺(tái)相機(jī)以覆蓋360地域。每臺(tái)相機(jī)布局依照相機(jī)的光軸與掃描裝置的掃描面垂直或平行，多臺(tái)相機(jī)的地址關(guān)系按設(shè)計(jì)角度分配，平時(shí)情況是按等角度間隔分布；本發(fā)明針對(duì)目前激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)交融般配的解算，提出了一種相機(jī)光軸與激光掃描裝置的掃描面平行或垂直的布局結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化掃描裝置與相機(jī)的空間關(guān)系的幾何解算，簡(jiǎn)化了激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與相機(jī)影像數(shù)據(jù)般配解算。以上所述，僅為

10、本發(fā)明較佳的詳盡推行方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍其實(shí)不限制于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或代替，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。3AK10-0087說(shuō)明書(shū)附圖圖1圖21AK10-0087圖3圖42AK10-0087圖5圖6公式推導(dǎo)：一、當(dāng)相機(jī)的光軸與激光掃描裝置的掃描平面平行時(shí)：3AK10-0087如圖二所示，設(shè)設(shè)備坐標(biāo)系下測(cè)得的激光點(diǎn)坐標(biāo)為X,Y,Z，設(shè)備在大地坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)為：X0,Y0,Z0,，攝像機(jī)在大地坐標(biāo)系中的地址和姿態(tài)為：X0,Y0,Z0,。則大地坐標(biāo)系下的激光點(diǎn)坐標(biāo)為：XgXX0YgRYY0（1）ZgZZ0cos0sin100co

11、ssin0其中R0100cossinsincos0RRRsin0cos0sincos001設(shè)像點(diǎn)m在像平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為x,y，在像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為x,y,f，則在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：Xmxxa1a2a3xYmRyRRRyb1b2b3y（2）Zmffc1c2c3f在共線條件表示圖中，S為攝影中心，它在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(X0,Y0,Z0)。M為任一測(cè)得的激光點(diǎn)，大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為Xg,Yg,Zg。m為M在影像上的構(gòu)像，相應(yīng)的像空間坐標(biāo)和像空間輔助坐標(biāo)分別為x,y,f和Xm,Ym,Zm。攝影時(shí)S、m、M三點(diǎn)位于一條直線上，那么有以下關(guān)系：XmYmZmk（3）XgX0YgY0Zg

12、Z0則XmkXgX0，YmkYgY0，ZmkZgZ0（4）由式（2）可知，像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)有以下關(guān)系：xXmXgX0XgX0yRTYmRTkYgY0RTkYgRTkY0（5）fZmZgZ0ZgZ0將（1）式代入，上式張開(kāi)為：4AK10-0087xXX0X0yRTkRYY0RTkY0fZZ0Z0XX0X0kYRTkY0Y0ZZ0Z0再將式（4）代入上式中，得Xa1X0X0b1Y0Y0c1Z0Z0 xfZa3X0X0b3Y0Y0c3Z0Z0（6）Ya2X0X0b2Y0Y0c2Z0Z0yfZa3X0X0b3Y0Y0c3Z0Z0式中，x，y為激光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像平面坐標(biāo)；，Y，Z為掃描設(shè)備坐標(biāo)系下

13、測(cè)得的激光點(diǎn)坐標(biāo)；X0,Y0,Z0為掃描設(shè)備在大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；X0,Y0,Z0為攝像機(jī)在大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。經(jīng)過(guò)上述共線條件方程式即可求出每一個(gè)激光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的影像坐標(biāo)。二、當(dāng)相機(jī)的光軸與激光掃描裝置的掃描平面垂直時(shí)：如圖一所示，設(shè)設(shè)備坐標(biāo)系下測(cè)得的激光點(diǎn)坐標(biāo)為X,Y,Z，設(shè)備在大地坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)為：X0,Y0,Z0,，攝像機(jī)在大地坐標(biāo)系中的地址和姿態(tài)為：X0,Y0,Z0,90,。則大地坐標(biāo)系下的激光點(diǎn)坐標(biāo)為：XgXX0YgRYY0（1）ZgZZ05AK10-0087cos0sin100cossin0其中R0100cossinsincos0RRRsin0cos0sincos001設(shè)像點(diǎn)m

14、在像平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為x,y，在像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為x,y,f，則在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：Xmxxa1a2a3xYmRyRR90Ryb1b2b3y（2）Zmffc1c2c3f在共線條件表示圖中，S為攝影中心，它在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(X0,Y0,Z0)。M為任一測(cè)得的激光點(diǎn)，大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為Xg,Yg,Zg。m為M在影像上的構(gòu)像，相應(yīng)的像空間坐標(biāo)和像空間輔助坐標(biāo)分別為x,y,f和Xm,Ym,Zm。攝影時(shí)S、m、M三點(diǎn)位于一條直線上，那么有以下關(guān)系：XmYmZmk（3）XgX0YgY0ZgZ0則XmkXgX0，YmkYgY0，ZmkZgZ0（4）由式（2）可知，像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)有以下關(guān)系：xXma1b1c1