專(zhuān)利名稱(chēng)：基于線陣相機(jī)的柱面外表面全景自動(dòng)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于外觀輪廓的圖像采集技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自動(dòng)采集展開(kāi)各種柱面外表面全景系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
普通圖像往往反映的是柱面體的局部場(chǎng)景(用戶(hù)在某一視角看到的場(chǎng)景)；與之對(duì)應(yīng)，全景圖像能反映柱面體全局展開(kāi)圖像，為了研究柱面表面的一些痕跡的準(zhǔn)確位置和分布規(guī)律，需要一種較高精度的采集柱面外表面全景展開(kāi)圖的系統(tǒng)。目前，采集柱面展開(kāi)圖的方法主要是采用光學(xué)原理，常見(jiàn)的包括折反射全向圖柱面展開(kāi)、基于雙向映射精確插值的折反射全向圖柱面全景展開(kāi)方法、基于泰勒模型的全向圖像展開(kāi)、基于凸曲面反射鏡的柱面全景圖像無(wú)縫快速生成系統(tǒng)。這些光學(xué)方法都存在一
些無(wú)法回避的缺點(diǎn)Φ光學(xué)方法
裝置的設(shè)計(jì)要求精度極高，不利于生產(chǎn)加工；Si光學(xué)全景圖像柱面展開(kāi)理論算法占用系統(tǒng)資源較大，后期計(jì)算量很大。普通鏡頭拍攝圖片合成技術(shù)利用普通鏡頭在同一視點(diǎn)拍攝的8-9張有邊界重疊的圖像先映射到同一柱面，而后再拼接而成，采用這種思路的典型系統(tǒng)有蘋(píng)果公司的QuickTime VR、佳能帶全景拍攝數(shù)碼相機(jī)及數(shù)字全景輔助生成軟件系統(tǒng)及微軟公司的 Surround Video軟件系統(tǒng)。這種方法的原理比較簡(jiǎn)單,然而采集到的圖像不夠精確,在一些高精度需求的場(chǎng)合不適用。因此，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、穩(wěn)定性好、能夠得到較高精度的柱面外表面全景展開(kāi)圖的自動(dòng)采集系統(tǒng)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的，集被測(cè)柱面體的裝夾、其旋轉(zhuǎn)角度可精確調(diào)控的，相機(jī)位置適時(shí)調(diào)控的，定時(shí)拍攝自動(dòng)獲取較高精度的圓柱面外表面全景展開(kāi)圖的系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足而采用的技術(shù)方案是基于線陣相機(jī)的柱面外表面全景自動(dòng)采集系統(tǒng)，由拍攝裝置、固定裝置、旋轉(zhuǎn)裝置和中央控制器組成，
所述的固定裝置包括工作臺(tái)、大齒輪、小齒輪和步進(jìn)電機(jī)，大齒輪、小齒輪和步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在工作臺(tái)內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與中央控制器連接，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪與步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸連接；
所述的旋轉(zhuǎn)裝置包括平板和三爪卡盤(pán)，三爪卡盤(pán)通過(guò)螺栓固定在平板上，平板通過(guò)傳動(dòng)軸與大齒輪連接，柱面體安裝在三爪卡盤(pán)上；
所述的拍攝裝置I包括線陣相機(jī)、直線電機(jī)、激光測(cè)距儀和相機(jī)架，直線電機(jī)上方設(shè)有相機(jī)架，相機(jī)架上設(shè)有線陣相機(jī)和激光測(cè)距儀，激光測(cè)距儀設(shè)置在線陣相機(jī)鏡頭下方，用于測(cè)量線陣相機(jī)鏡頭與柱面體之間的距離，中央控制器的通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接激光測(cè)距儀、 線陣相機(jī)和直線電機(jī)，中央控制器通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制柱面體以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)量旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，中央控制器根據(jù)激光測(cè)距儀測(cè)量的距離控制直線電機(jī)調(diào)整線陣相機(jī)與柱面體之間的距離。本發(fā)明有益效果為
1、裝夾被測(cè)柱面體方便快捷，定心準(zhǔn)確，被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)次數(shù)精確可調(diào)；
2、線陣相機(jī)和被拍攝區(qū)域之間的距離可以通過(guò)直線電機(jī)精確控制，適應(yīng)于包括圓柱面或非圓柱面柱面體的外表面展開(kāi)，應(yīng)用范圍廣泛；
3、使用中央處理器單片機(jī)編程控制柱面體的轉(zhuǎn)動(dòng)、相機(jī)架的移動(dòng)和線陣相機(jī)的拍攝， 自動(dòng)化程度高，操作方便；
4、系統(tǒng)成像為真實(shí)圖像非邏輯成像，不會(huì)產(chǎn)生畸變的現(xiàn)象，結(jié)果精確度高，采集到的圖片可以用已有的合圖工具以有機(jī)的形式合成，后期處理方便簡(jiǎn)單；
5、本系統(tǒng)全自動(dòng)化操作,人為因素造成的誤差較少，可重復(fù)性好。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的流程示意圖中1、拍攝裝置，101、線陣相機(jī)，102、相機(jī)架，103、激光測(cè)距儀，104、直線電機(jī)，2、固定裝置，201、工作臺(tái)，202、大齒輪，203、小齒輪，204、步進(jìn)電機(jī)，3、旋轉(zhuǎn)裝置，301、平板，302 、三爪卡盤(pán)，303、傳動(dòng)軸，4、中央控制器，5、柱面體。
具體實(shí)施例方式如圖所示，基于線陣相機(jī)的柱面外表面全景自動(dòng)采集系統(tǒng)，由拍攝裝置I、固定裝置2、旋轉(zhuǎn)裝置3和中央控制器4組成，
所述的固定裝置2包括工作臺(tái)201、大齒輪202、小齒輪203和步進(jìn)電機(jī)204，大齒輪 202、小齒輪203和步進(jìn)電機(jī)204設(shè)置在工作臺(tái)201內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)204通過(guò)數(shù)據(jù)線與中央控制器4連接，大齒輪202與小齒輪203嚙合，小齒輪203與步進(jìn)電機(jī)204的電機(jī)軸連接；
所述的旋轉(zhuǎn)裝置3包括平板301和三爪卡盤(pán)302，三爪卡盤(pán)302通過(guò)螺栓固定在平板 301上，平板301通過(guò)傳動(dòng)軸303與大齒輪202連接，柱面體5設(shè)置在三爪卡盤(pán)302上；
所述的拍攝裝置I包括線陣相機(jī)101、直線電機(jī)104、激光測(cè)距儀103和相機(jī)架102，直線電機(jī)104上方設(shè)有相機(jī)架102，相機(jī)架102上設(shè)有線陣相機(jī)101和激光測(cè)距儀103，激光測(cè)距儀103設(shè)置在線陣相機(jī)101鏡頭下方，用于測(cè)量線陣相機(jī)101鏡頭與柱面體5之間的距離，中央控制器4的通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接激光測(cè)距儀103、線陣相機(jī)101和直線電機(jī)104， 中央控制器4通過(guò)步進(jìn)電機(jī)104控制柱面體5以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)量旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，中央控制器4根據(jù)激光測(cè)距儀103測(cè)量的距離控制直線電機(jī)104調(diào)整線陣相機(jī)101與柱面體5 之間的距離。中央控制器4內(nèi)設(shè)置激光測(cè)距儀103與三爪卡盤(pán)302上放置的柱面體5的距離為 L。，中央控制器4內(nèi)的信號(hào)傳輸給步進(jìn)電機(jī)204，步進(jìn)電機(jī)204旋轉(zhuǎn)α度停止，中央控制器4將信號(hào)傳輸給激光測(cè)距儀103，測(cè)試激光測(cè)距儀103與柱面體5的距離，中央控制器4將信號(hào)傳輸給直線電機(jī)104，直線電機(jī)104通過(guò)相機(jī)架102帶動(dòng)激光測(cè)距儀103移動(dòng)，使激光測(cè)距儀103與柱面體5的距離為L(zhǎng)tl，中央控制器4將信號(hào)傳輸給線陣相機(jī)101，線陣相機(jī)101 對(duì)柱面體5進(jìn)行拍攝，重復(fù)執(zhí)行上述操作Ν=360/ α次。所述的旋轉(zhuǎn)裝置，確保柱面體定心轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的精確的角度。所述的中央控制器主要是通過(guò)單片機(jī)電路完成控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和線陣相機(jī)的拍射功能。如附圖2所示，首先向由單片機(jī)等組成的中央控制器中燒寫(xiě)編寫(xiě)好的程序，程序包含以下三方面內(nèi)容第一步，設(shè)定激光測(cè)距儀和被測(cè)區(qū)域的初始距離U、步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的加速度ω及步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)間tp t2 ;第二步,控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn),控制步進(jìn)電機(jī)以設(shè)定的角速度ω旋轉(zhuǎn)設(shè)定的時(shí)間h，而后停止旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，大齒輪與小齒輪嚙合帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，平板與傳動(dòng)軸一體，柱面體由三抓卡盤(pán)加緊并固定在平板上，這樣就實(shí)現(xiàn)了柱面體定心轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的精確的角度Ct (其中Ct=(Ot1);第三步,等待步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)設(shè)定的時(shí)間加上一定的延遲時(shí)間t2后，激光測(cè)距儀測(cè)量此時(shí)被測(cè)區(qū)域與激光測(cè)距儀的距離L，并反饋給中央處理器與初始設(shè)定距離Ltl比對(duì)，中央處理器控制直線電機(jī)調(diào)整相機(jī)架到指定位置，中央控制器控制線陣相機(jī)開(kāi)始拍攝，再延遲時(shí)間t3，繼續(xù)執(zhí)行第二步。由于柱面體旋轉(zhuǎn)的一次的角度為α，采集一周的圖片需要拍攝次數(shù)Ν=360/α，所以設(shè)置程序執(zhí)行N次這樣的循環(huán)，便可以采集到柱面體外表面一周的圖片。其次，把柱面體裝夾在平板上，調(diào)整線陣相機(jī)架在直線電機(jī)上的位置并固定，啟動(dòng)程序采集保存圖片。最后，以有機(jī)的形式合成采集到的圖片，得到精確的圓柱面外表面全景展開(kāi)圖。本發(fā)明解決了柱面外表面的全景展開(kāi)問(wèn)題，精確的得到柱面外表面全景展開(kāi)圖，該系統(tǒng)可用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、比如采集展開(kāi)內(nèi)燃機(jī)氣缸套的外表面，對(duì)其表面的穴蝕分布進(jìn)行研究，也可用于警方指紋調(diào)查取證，另外它在教育娛樂(lè)以及軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.基于線陣相機(jī)的柱面外表面全景自動(dòng)采集系統(tǒng)，其特征在于由拍攝裝置(I)、固定裝置(2)、旋轉(zhuǎn)裝置(3)和中央控制器(4)組成，所述的固定裝置(2 )包括工作臺(tái)(201)、大齒輪(202 )、小齒輪(203 )和步進(jìn)電機(jī)(204 )， 大齒輪(202 )、小齒輪(203 )和步進(jìn)電機(jī)(204 )設(shè)置在工作臺(tái)(201)內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)(204 )通過(guò)數(shù)據(jù)線與中央控制器(4)連接，大齒輪(202)與小齒輪(203)嚙合，小齒輪(203)與步進(jìn)電機(jī)(204)的電機(jī)軸連接；所述的旋轉(zhuǎn)裝置(3 )包括平板(301)和三爪卡盤(pán)(302 )，三爪卡盤(pán)(302 )通過(guò)螺栓固定在平板(301)上，平板(301)通過(guò)傳動(dòng)軸(303)與大齒輪(202)連接，柱面體(5)設(shè)置在三爪卡盤(pán)(302)上；所述的拍攝裝置(I)包括線陣相機(jī)(101)、直線電機(jī)(104)、激光測(cè)距儀(103)和相機(jī)架 (102)，直線電機(jī)(104)上方設(shè)有相機(jī)架(102)，相機(jī)架(102)上設(shè)有線陣相機(jī)(101)和激光測(cè)距儀(103)，激光測(cè)距儀(103)設(shè)置在線陣相機(jī)(101)鏡頭下方，用于測(cè)量線陣相機(jī)(101) 鏡頭與柱面體(5)之間的距離，中央控制器(4)的通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接激光測(cè)距儀(103)、 線陣相機(jī)(101)和直線電機(jī)(104)，中央控制器(4)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)(104)控制柱面體(5)以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)量旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，中央控制器(4)根據(jù)激光測(cè)距儀(103)測(cè)量的距離控制直線電機(jī)(104)調(diào)整線陣相機(jī)(101)與柱面體(5)之間的距離。
全文摘要
基于線陣相機(jī)的柱面外表面全景自動(dòng)采集系統(tǒng)，提出的基于自動(dòng)采集展開(kāi)圓柱面外表面全景系統(tǒng)主要由圓柱體定心裝夾裝置、旋轉(zhuǎn)裝置、拍攝裝置、中央控制器組成。首先向由單片機(jī)等組成的中央控制器中燒寫(xiě)編寫(xiě)好的程序，執(zhí)行N次循環(huán)，便可以采集到柱面體外表面一周的圖片，以有機(jī)的形式合成采集到的圖片，得到精確的圓柱面外表面全景展開(kāi)圖。該系統(tǒng)解決了圓柱面外表面的全景展開(kāi)問(wèn)題，可用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、比如采集展開(kāi)內(nèi)燃機(jī)氣缸套的外表面，對(duì)其表面的穴蝕分布進(jìn)行研究，也可用于警方指紋調(diào)查取證，另外它在教育娛樂(lè)以及軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102589465SQ20121000926
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者劉建新, 吳健, 徐斌, 李民, 杜慧勇, 王站成, 石魁, 銀增輝 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)