专利名称：一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种近景地面摄影测量成像装置，特别是涉及一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置。
背景技术：
目前用于此目的的现有技术通常采用近景摄影测量的方法。近景摄影测量属于地面摄影测量的范畴，摄影距离一般在100米以内，它可使用量测摄影机和非量测摄影机，近景摄影测量的应用范围主要是(1)结构物的变形测量(2)古建筑的现状测绘(3)人类躯体测绘(4)需精确测求物体大小、形状或体积的其它测绘项目。
近景摄影测量原理如下从地面用测量相机拍摄物体像片。为使取得的物体像片能用于在专门的仪器上建立立体模型进行量测，摄影时用两个平行相机同时拍摄，以取得具有一定重叠度的物体像片。按摄影机物镜主光轴相对于物体的垂直度，可分为近似垂直物体摄影和倾斜物体摄影。然后利用立体测量仪器应用解算数学关系在立体像片上计算出物体的三维坐标，从而得到物体表面的三维坐标。
近景摄影测量原理的缺点是速度慢，对测量物体的环境有要求(必须人能到达的地方，且需人工搭架子)。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于实时、高精度的获取100米以内可见物体三维数据的测量仪器。
本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置实现上述目的技术方案如下本装置包括一个高精度实时三维激光扫描测距装置、一个光学反射系统、一个由步进电机自动控制光学反射系统按水平方向和垂直方向连续转动的控制单元和CCD数字相机；所述三维激光扫描测距装置、光学反射系统和物体被扫描点的相互位置关系构成激光束的入射、反射光路；所述光学反射系统通过一个x-y坐标转动轴分别与对应的步进电机相联接；所述步进电机通过驱动器与计算机的控制端相连接；所述三维激光扫描测距装置与计算机的数据输入端口相连接；所述CCD数字相机通过读数卡与计算机USB口相连接。
如上所述的一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置，所述光学反射系统是一个平面镜。
如上所述的一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置，所述激光测距仪与计算机的RS232通讯口相连接。
如上所述的的一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置，所述x-y坐标转动轴是x方向转动轴和y方向转动轴联接组成，扫描角度在40°×40°。
本实用新型与传统的近景摄影测量的方法相比，具有如下优点和积极的效果采用实时三维激光扫描装置可以克服传统方法中的测量速度慢的问题，它具有超高速测量、无须重复、免去脚手架、快速建模、高质量信息、减少返工、快速循环、安全、易于操作的优点。在作业人员不能直接到达的地方，可对物体进行测量。本装置是对测量目标进行数据获取快速有效途径。
图1是本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的实时三维激光扫描原理图；图2是本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的组成框图；图3是本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的步进电机与驱动器的接线示意图；图4是本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的激光测距与计算机接线示意图；图5是本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的CCD数字相机与计算机接线示意图；图6是本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的光学反射镜与旋转轴结构示意图；图7是本实用新型所述一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置的光学反射镜与激光束的光路示意图。
具体实施方式
本实用新型是利用激光测距原理，可见图7，即激光束对100米以内可见物体进平面扫描，获取被扫描点的到扫描实时三维激光扫描装置的距离，激光束直接照射在一个光学反射系统上，光学反射系统由步进电机自动控制，按水平方向和垂直方向连续转动，根据所测到的物体与光学反射镜的距离和步进电机在水平方向和垂直方向的步进角度就可确定被物体在光学反射镜为原点的三维直角坐标系的中的三维坐标，从而得到物体表面的三维坐标。所得物体表面三维坐标和图像后，通过计算机软件包处理，可以生成物体三维模型，三维模型显示有两种方式，一是立体景观，二是利用虚拟技术生成，通过立体观察装置可以观察到真实的立体模型。如图1所示。
实现的技术方案是采用高精度激光测距仪、CCD数字相机、步进电机及其控制单元和计算机有机的构成一个装置。其连接图见图2所示。实例连接图见图3所示。
在本实例连接图中，激光测距仪采用瑞士Leica的DISTO手持式激光测距仪；光学反射镜是一个平面镜；CCD数字相机采用日本的INDOORPAN/TILT相机；步进电机和驱动器采用北京斯达特机电科技发展有限公司的90BC340CH型号步进电机，配套驱动器为SH-3F090M，其他控制和读数装置自研。
本装置中的光学反射平面镜x-y转动轴结构示意图见图6，其中水平旋转轴3被活动固定于基座4上，由图中未示出的步进电机驱动，完成水平旋转。在水平旋转轴3上活动固定有垂直旋转轴2，该垂直旋转轴2同样被另一个图中未示出的步进电机驱动，完成垂直旋转。光学反射镜1通过连接架与垂直旋转轴2联接，并与其同步旋转。本实施例仅给出一个完成本实用新型所述x-y旋转的最为简单的一个装置，在实际使用中不排除使用其它的具有x-y方向旋转的控制单元。本x-y方向旋转控制单元的扫描角度在40°×40°范围之内，速度可以达到平均一秒钟80个点。
本装置所连接的计算机硬件系统要求如下(1)计算机芯片Intel Pentium III，主频不低于800MHz；内存不小于256MB；硬盘不小于60GB，最好不小于30GB；CD-ROM48倍速；彩显不小于17“，在1024*768，24bit模式下，垂直刷新频率≥100Hz(最好达到120Hz)；图形卡显存64MB，支持≥100Hz的垂直刷新频率(在1024*768，24bit显示模式下最好支持120Hz)；键盘、鼠标器等。
(2)立体观察设备对立体观察设备的基本要求如下a.要求立体观察无闪烁，为此要求刷新频率应达到100Hz，最好能达到120Hz；b.能适用于彩色影像，但此时观察范围可以缩�。籧.能进行缩、放观察。
d.主动式立体观察子系统由彩显(不小于17“，在1024*768，24bit显示模式下，垂直刷新频率≥100Hz)，红外发射器、偏振和同步控制适配器，主动式液晶眼镜，图形卡(显存64MB，在1024*768，24 bit显示模式下，垂直刷新频率≥100Hz，最好达到120Hz)以及驱动软件组成；当用有线方式作业时不用红外发射、接收部件；本装置所连接的计算机软件系统包括(1)光测距数据获取软件接口软件包。
激光测距数据获取软件接口软件包主要是保证激光器与计算机软硬件之间的通讯。
(2)维坐标生成软件包三维坐标生成软件包是根据所测到的物体与光学反射镜的距离和步进电机在水平方向和垂直方向的步进角度就可确定被物体在光学反射镜为原点的三维直角坐标系的中的三维坐标，从而得到物体表面的三维坐标的软件。
(3)立体模型自动生成软件包。
立体模型自动生成软件包是系统的关键，它是把获取的三维数据在计算机上应用虚拟现实技术生成三维物体模型。
(4)图像处理软件系统的研制。
图像处理软件系统是处理有CCD数字相机获取的所测物体的图象的图象。并进行图像处理，以便与立体模型自动生成软件包配套。
权利要求1.一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置，其特征在于本装置包括一个高精度实时三维激光扫描测距装置、一个光学反射系统、一个由步进电机自动控制光学反射系统按水平方向和垂直方向连续转动的控制单元和CCD数字相机；所述三维激光扫描测距装置、光学反射系统和物体被扫描点的相互位置关系构成激光束的入射、反射光路；所述光学反射系统通过一个x-y坐标转动轴分别与对应的步进电机相联接；所述步进电机通过驱动器与计算机的控制端相连接；所述三维激光扫描测距装置的数据输入端与计算机的RS232端口相连接；所述CCD数字相机通过读数卡与计算机USB口相连接。
2.如权利要求1所述的一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置，其特征在于所述光学反射系统是一个平面镜。
3.如权利要求1所述的一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置，其特征在于所述激光测距仪与计算机的RS232通讯口相连接。
4.如权利要求1所述的一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置，其特征在于所述x-y坐标转动轴是x方向转动轴和y方向转动轴联接组成，扫描角度在40°×40°。
专利摘要本实用新型公开一种激光扫描获取近距离物体表面三维数据的测量装置。本装置包括一个高精度实时三维激光扫描测距装置、一个光学反射系统、一个由步进电机自动控制光学反射系统按水平和垂直方向连续转动的控制单元和CCD数字相机。所述三维激光扫描测距装置、CCD数字相机与一个计算机系统相连接。本装置具有超高速测量、无须重复、免去繁琐的测量准备工序和快速建模，高质量成像的优点。
文档编号G01C3/00GK2650064SQ0327575
公开日2004年10月20日 申请日期2003年7月15日 优先权日2003年7月15日
发明者陈向宁, 黄野, 张韶华 申请人:陈向宁, 黄野
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