為了降低制造成本和提高測(cè)量效率,提出了基于視覺引導(dǎo)的激光全站儀測(cè)量系統(tǒng)。此系統(tǒng)由非正交激光全站儀和一臺(tái)變焦相機(jī)組成。介紹了此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析了基于視覺的精確引導(dǎo)策略,最后通過(guò)與激光跟蹤儀的對(duì)比測(cè)量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該測(cè)量系統(tǒng)方法簡(jiǎn)單有效,并有毫米級(jí)的測(cè)量精度。在隧道、建筑與室內(nèi)等空間測(cè)量方面有很高的實(shí)用價(jià)值。 

【文章來(lái)源】：光電子·激光. 2019,30(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１全站儀測(cè)量和視覺引導(dǎo)系統(tǒng)Ｆｉｇ．１Ｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅａｎｄｖｉｓｉｏｎｇｕｉｄａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ

圖２非正交激光全站儀結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｎｏｎ－ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎＲ′＝ｑ?Ｒ?ｑ－１（２）其中ｑ＝［ｃｏｓθ２，ｎ｜ｎ｜ｓｉｎθ２］，其中符號(hào)“?”為四元數(shù)乘法運(yùn)算。在非正交模型中，水平轉(zhuǎn)臺(tái)繞軸Ｖ旋轉(zhuǎn)θ之后，ｑ１＝［ｃｏｓθ２，Ｖ｜Ｖ｜ｓｉｎθ２］，各標(biāo)定量如下：Ｐ１＝ｑ１?Ｐ?ｑ－１１Ｌ１＝ｑ１?Ｌ?ｑ－１１Ｃ１＝ｑ１?Ｃ?ｑ１Ｈ１＝ｑ１?Ｈ?ｑ烅烄烆１（３）豎直轉(zhuǎn)臺(tái)繞Ｈ１旋轉(zhuǎn)φ之后，相應(yīng)法向量和點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)以下計(jì)算得到：Ｐ２＝ｑ２?（Ｐ１－Ｃ１）?ｑ－１２＋Ｃ１Ｌ２＝ｑ２?Ｌ１?ｑ－１２Ｃ２＝Ｃ烅烄烆１（４）其中ｑ２＝［ｃｏｓθ２，Ｈ｜Ｈ１｜ｓｉｎφ２］，通過(guò)標(biāo)定已知點(diǎn)Ｐ的測(cè)距值為ｋ１，目標(biāo)點(diǎn)Ｇ的測(cè)距值為ｋ２，根據(jù)測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)距值就可以解算出目標(biāo)點(diǎn)Ｇ的三維空間坐標(biāo)：Ｇ＝Ｐ２＋（ｋ２－ｋ１）Ｌ２（５）其中Ｇ代表目標(biāo)點(diǎn)Ｇ的空間坐標(biāo)。至此，激光全站儀可以測(cè)量空間任一點(diǎn)的三維坐標(biāo)。４視覺精確引導(dǎo)４．１圖像預(yù)處理由圖１結(jié)構(gòu)可知，激光測(cè)距儀旁邊安裝有可自動(dòng)聚焦的相機(jī)，用來(lái)引導(dǎo)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使激光測(cè)距儀的激光點(diǎn)指引到靶點(diǎn)中心。因?yàn)樵撘龑?dǎo)方法是根據(jù)靶點(diǎn)和激光點(diǎn)相對(duì)位置為前提，所以首先提取靶標(biāo)和激光點(diǎn)在圖像中的位置

激光點(diǎn)不斷逼近靶點(diǎn)，直到兩者的像素距離ｄ在Ｔ個(gè)像素內(nèi)。其中ｄ＝（ｘｌ－ｘｔ）２槡＋（ｙｌ－ｙｔ）２，Ｔ根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)和測(cè)距儀精度確定，一般可為０．２～１。算法實(shí)現(xiàn)框圖如圖４所示。圖３圖像預(yù)處理流程Ｆｉｇ．３Ｉｍａｇｅｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｏｄｕｌｅ圖４視覺引導(dǎo)算法流程圖Ｆｉｇ．４Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｖｉｓｉｏｎｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ如框圖所示當(dāng)ｆ＝０時(shí)，說(shuō)明是首張采集圖像，水平轉(zhuǎn)臺(tái)和豎直轉(zhuǎn)臺(tái)的初始角度為ｏｒｉｇｉｎ，根據(jù)激光點(diǎn)和靶標(biāo)在圖像中的位置，控制轉(zhuǎn)臺(tái)的方向由以下四種情形：（１）當(dāng)ｘｌ＜ｘｔ，ｙｌ＜ｙｔ時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)使激光點(diǎn)向右上方向移動(dòng)。（２）當(dāng)ｘｌ＞ｘｔ，ｙｌ＜ｙｔ時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)使激光點(diǎn)向左上方向轉(zhuǎn)動(dòng)。（３）當(dāng)ｘｌ＜ｘｔ，ｙｌ＞ｙｔ時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)使激光點(diǎn)向右下方向轉(zhuǎn)動(dòng)。（４）當(dāng)ｘｌ＞ｘｔ，ｙｌ＞ｙｔ，時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)使激光點(diǎn)向左下方向轉(zhuǎn)動(dòng)。此后的引導(dǎo)策略根據(jù)幀間圖像提取到的激光點(diǎn)和靶標(biāo)位置確定。記上一幀采集圖像的激光點(diǎn)坐標(biāo)（ｘｌａｓｅｒ，ｙｌａｓｔ＿ｌａｓｅｒ），靶標(biāo)坐標(biāo)為（ｘｌａｓｔ＿ｔａｒ，ｙｌａｓｔ＿ｔａｒ），轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度和方向分別為ａ和ｃ�？刂撇呗匀缦拢核惴l件說(shuō)明：ａｎｇｌｅ：轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度。ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向。（ｘｌａｓｅｒ，ｙｌａｓｅｒ）：激光點(diǎn)圖像坐標(biāo)。（ｘｔａ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全站儀測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用技術(shù)研究[J]. 沈一峰,梁貴.  世界有色金屬. 2018(12)
[2]全站儀中間法三角高程測(cè)量在滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探討[J]. 宋文強(qiáng).  測(cè)繪與空間地理信息. 2018(07)
[3]一種視覺引導(dǎo)經(jīng)緯儀自動(dòng)測(cè)量方法[J]. 王欣宇,范百興,于英,阮國(guó)偉,劉浩淼.  測(cè)繪工程. 2018(06)
[4]礦山測(cè)量在復(fù)雜施工條件下溜井貫通中的應(yīng)用實(shí)踐[J]. 楊毅,張志和,朱煜峰.  鈾礦冶. 2017(02)
[5]四元數(shù)在剛體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)可視化仿真中的應(yīng)用（英文）[J]. 黃金陽(yáng),辛長(zhǎng)范,馬云建,賈意弦.  Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2017(01)
[6]激光經(jīng)緯儀精確交會(huì)的實(shí)現(xiàn)方法研究[J]. 吳斌,李俊軍.  光電子·激光. 2015(12)
[7]非正交軸系激光經(jīng)緯儀測(cè)量技術(shù)研究[J]. 吳斌,楊松.  激光技術(shù). 2015(05)
[8]非正交軸系“激光經(jīng)緯儀”視準(zhǔn)軸校正方法[J]. 吳斌,謝勝文.  光電子·激光. 2015(09)
[9]基于掃描線模型的電子激光經(jīng)緯儀自動(dòng)瞄準(zhǔn)方法研究[J]. 王芃芃,周虎.  光電工程. 2012(01)
[10]激光電子經(jīng)緯儀動(dòng)態(tài)跟蹤引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 周虎,邾繼貴,張滋黎,葉聲華.  光學(xué)精密工程. 2011(11)



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