CN115407478B - 一种自适应检测距离的三维成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及到图像检测技术领域，提供一种自适应检测距离的三维成像系统及方法，所述自适应检测距离的三维成像系统包括：激光发射装置、成像装置、反光镜、角度调整装置和控制器；反光镜设置在成像装置镜头处，且所述角度调整装置连接反光镜。在实际应用过程中，通过角度调整装置控制反光镜旋转，使成像装置遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域；然后判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过角度调整装置控制反光镜旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，从而在整个检测范围内，对被检测物体实现全景深的三维测量，增大测量范围的同时，保证测量精度要求。

Description

一种自适应检测距离的三维成像系统及方法

技术领域

本申请涉及到图像检测技术领域，尤其设计一种自适应检测距离的三维成像系统及方法。

背景技术

现有三维成像装置，在设计完成后，三维成像装置的测量景深及测量精度即固定不变，这种三维成像装置在检测固定物体、或者物体距离低速运动的物体时，其测量景深和测量精度能够满足要求。

但是，在检测距离存在变化的物体时，其测量景深无法实现实时调整，从而在同等条件下，为了应对检测距离存在变化的物体，若增大测量范围，则测量精度下降，若提高测量精度，则测量范围下降。

发明内容

现有三维成像装置的测量景深无法实现实时调整，在设计阶段，如果为了应对检测距离存在变化的物体，增大测量范围，则测量精度下降；提高测量精度，则测量范围下降。针对某些特定成像场景，整体测量景深较大，但是局部测量景深较小，例如，铁路接触网检测，一条线路上接触网的高度范围可达1.5m，但是，在具体的某一时刻测量点，接触网需成像的范围可以为0.2m，且接触网的高度变化为缓变状态，此时，为了满足1.5m高度的接触网检测，现有的三维成像装置需要牺牲测量精度，对此，本申请实施例提供一种自适应检测距离的三维成像系统及方法。

本申请提供的一种自适应检测距离的三维成像系统，包括：激光发射装置、成像装置、反光镜和角度调整装置，以及连接所述激光发射装置、成像装置和角度调整装置的控制器；

所述反光镜设置在成像装置镜头处，且所述角度调整装置连接所述反光镜，以调整所述反光镜朝向所述成像装置一侧的反光面的角度；

所述控制器被配置为：

启动所述激光发射装置向被检测物体发射激光；

启动成像装置，并通过角度调整装置控制反光镜旋转，使成像装置遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域；

判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，所述检测区域内包括中间位置，以及分布在中间位置两侧的边缘位置。

在一种可选的方式中，所述判断被检测物体在对应检测区域的所属位置的步骤，具体为：

获取检测区域内被检测物体上的激光线特征，根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述激光线特征为激光线的深度信息；根据所述激光线的深度信息，确定被检测物体上的激光线至被检测区域一侧边缘的距离，并根据激光线至被检测区域一侧边缘的距离，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述激光线特征为激光线的长度；根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述控制器还被配置为：

根据所述反光镜与所述激光发射装置的相对位置，以及所述激光发射装置的激光出射方向，确定每一检测区域对应的反光镜的角度。

在一种可选的方式中，所述控制器还被配置为：

根据检测区域与所述激光发射装置之间的距离，以及，所述激光发射装置的激光发射角度，确定被检测物体处于对应检测区域时，被检测物体上的激光线的长度范围。

与前述一种自适应检测距离的三维成像系统的实施例相对应，本申请还提供了一种自适应检测距离的三维成像方法的实施例。所述自适应检测距离的三维成像方法包括：

启动激光发射装置向被检测物体发射激光。

启动成像装置，并通过角度调整装置控制反光镜旋转，使成像装置遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域。

判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，所述检测区域内包括中间位置，以及分布在中间位置两侧的边缘位置。

在一种可选的方式中，所述判断被检测物体在对应检测区域的所属位置的步骤，具体为：

获取检测区域内被检测物体上的激光线特征，根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述激光线特征为激光线的深度信息；根据所述激光线的深度信息，确定被检测物体上的激光线至被检测区域一侧边缘的距离，并根据激光线至被检测区域一侧边缘的距离，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述激光线特征为激光线的长度；根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述启动激光发射装置向被检测物体发射激光的步骤之前，还包括：

根据所述反光镜与所述激光发射装置的相对位置，以及所述激光发射装置的激光出射方向，确定每一检测区域对应的反光镜的角度。

在一种可选的方式中，所述启动激光发射装置向被检测物体发射激光的步骤之前，还包括：

根据检测区域与所述激光发射装置之间的距离，以及，所述激光发射装置的激光发射角度，确定被检测物体处于对应检测区域时，被检测物体上的激光线的长度范围。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种自适应检测距离的三维成像系统及方法，所述自适应检测距离的三维成像系统包括：激光发射装置、成像装置、反光镜和角度调整装置，以及连接所述激光发射装置、成像装置和角度调整装置的控制器；所述反光镜设置在成像装置镜头处，且所述角度调整装置连接所述反光镜，以调整所述反光镜朝向所述成像装置一侧的反光面的角度。

在实际应用过程中，通过角度调整装置控制反光镜旋转，使成像装置遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域；然后判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，从而在整个检测范围内，对被检测物体实现全景深的三维测量，增大测量范围的同时，保证测量精度要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种自适应检测距离的三维成像系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的控制器被配置的方法执行流程示意图；

图3为本申请实施例提供的检测区域重叠区域的示意图。

图中：1-激光发射装置，2-成像装置，3-反光镜。

具体实施方式

现有三维成像装置的测量景深无法实现实时调整，在设计阶段，如果为了应对检测距离存在变化的物体，增大测量范围，则测量精度下降；提高测量精度，则测量范围下降。针对某些特定成像场景，整体测量景深较大，但是局部测量景深较小，例如，铁路接触网检测，一条线路上接触网的高度范围可达1.5m，但是，在具体的某一时刻测量点，接触网需成像的范围可以为0.2m，且接触网的高度变化为缓变状态，此时，为了满足1.5m高度的接触网检测，现有的三维成像装置需要牺牲测量精度，对此，本申请实施例提供一种自适应检测距离的三维成像系统及方法。

如图1所示，本申请实施例第提供一种自适应检测距离的三维成像系统，包括激光发射装置1、成像装置2、反光镜3和角度调整装置，以及连接所述激光发射装置1、成像装置2和角度调整装置的控制器。

所述反光镜3设置在成像装置2镜头处，且所述角度调整装置连接所述反光镜3，以调整所述反光镜3朝向所述成像装置2一侧的反光面的角度。

在实际应用过程中，所述反光镜3存在一定的旋转范围，所述反光镜3从旋转起始位置旋转至旋转终止位置，对应于所述成像装置2的全部成像区域。所述激光发射装置1、成像装置2和反光镜3不局限于设置在同一平面，只要保证所述激光发射装置1、成像装置2和反光镜3能够形成激光三角法，以使成像装置2可以获取正对于所述激光发射装置1的被检测物体的图像。

需要说明的是，所述角度调整装置可以是连接所述反光镜3的旋转电机，也可以是搭载所述反光镜3的旋转平台。在实际应用过程中，如图2所示，连接所述激光发射装置1、成像装置2和角度调整装置的控制器，被配置执行步骤210至步骤230。

步骤210：启动所述激光发射装置1向被检测物体发射激光。

需要说明的是，如图3所示，所述激光发射装置1发射的激光呈现扇形方式扩散，照射在距离相对较近的平面上，形成的激光线相对较短，照射在距离相对较远的平面上，形成的激光线相对较长。

步骤220：启动成像装置2，并通过角度调整装置控制反光镜3旋转，使成像装置2遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域。

需要说明的是，所述反光镜3设置有一定的可旋转角度，其中，所述成像装置2当前的检测区域距离所述激光发射装置1最近的状态下，所述反光镜3的角度处于旋转起始位置；所述成像装置2当前的检测区域距离所述激光发射装置1最远的状态下，所述反光镜3角度处于旋转终止位置。

需要说明的是，所述角度调整装置在调整所述反光镜3的旋转角度时，存在最小角度调整值，即调整步长，在本申请实施例中，可以每调整一个步长的旋转角度，对应所述成像装置2的一个检测区域，也可以调整多个步长的旋转角度后，对应所述成像装置2的一个检测区域。

需要说明的是，本申请实施例中，多个检测区域之间存在交叉区域，即相邻两个检测区域存在重叠区域，在实际应用过程中，若被检测物体处于两个检测区域的重叠区域内，则在两个检测区域中都存在被检测物体，对此，可以随机将所述反光镜3的旋转角度停留在其中一个检测区域对应的角度下，也可以，将所述反光镜3的旋转角度停留在角度较小或者角度较大的位置，其中，所述角度较小或角度较大中涉及的角度，是指当前反光镜3的位置相对于所述反光镜3位于旋转起始角度的位置之间的角度。

步骤230：判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜3旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，所述检测区域内包括中间位置，以及分布在中间位置两侧的边缘位置。

其中，本申请实施例涉及的检测区域连续分布，单个检测区域分为中间位置和边缘位置，其中，所述边缘位置的数量为偶数个，且对称分布在所述中间位置的两侧。

在实际应用过程中，相比于当被检测物体处于获取的图像边缘位置的情况，被检测物体处于获取的图像中间位置，成像效果更好，对应到本申请实施例中，即激光线处于所述检测区域的中间位置。

为了更清楚的说明本申请实施例的效果，以图3为例，图中，包括检测区域A、检测区域B和检测区域C，检测区域A包括边缘位置A-1和边缘位置A-3和中间位置A-2；检测区域B包括边缘位置B-1和边缘位置B-3和中间位置B-2；检测区域C包括边缘位置C-1和边缘位置C-3和中间位置C-2；三个检测区域的重叠位置如图3所示，以当前所述反光镜3的角度对应的是检测区域B为例，在检测区域B拍摄的图像上，若带有激光线的被检测物体处于边缘位置B-1，则控制所述反光镜3旋转，以使所述成像装置4的检测区域为A，则带有激光线的被检测物体会落入到获取图像的中间位置，及中间位置A-2；若带有激光线的被检测物体处于中间位置B-2，则不需要控制反光镜3运动；若带有激光线的被检测物体处于边缘位置B-3，则控制所述反光镜3旋转，以使所述成像装置4的检测区域为C，则带有激光线的被检测物体会落入到获取图像的中间位置，及中间位置C-2。

本申请实施例提供的一种自适应检测距离的三维成像系统，通过角度调整装置控制反光镜3旋转，使成像装置2遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域；然后判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜3旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，从而在整个检测范围内，对被检测物体实现全景深的三维测量，增大测量范围的同时，保证测量精度要求。

上述实施例中，针对被检测物体在对应检测区域所述位置的判断，可以采用多种方式实施，例如，可以采用图像识别技术，确认被检测物体的位置，在本申请实施例中，通过获取检测区域内被检测活体上的激光线特征，需要说明的是，本申请实施例中的成像装置2为CCD图像传感器，在CCD图像传感器获取的图像上，可以获得激光线的特征，并根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置，例如，被检测物体的形状不同，激光线照射在被检测物体表面形成线条不同，比如被检测物体为管件，则照射在管件横截面上的激光线的线条为特定曲率的弧线。

具体的，所述激光线特征还可以为激光线的深度信息，根据所述激光线的深度信息，确定被检测物体上的激光线至被检测区域一侧边缘的距离，并根据激光线至被检测区域一侧边缘的距离，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

具体的，所述激光线特征为激光线的长度；根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

当然，在实际应用过程中，还可以采用其他方式确定被检测物体在对应检测区域的所属位置，例如：利用激光三角法，计算所述被检测物体距离所述激光发射装置1的距离，然后根据被检测物体距离所述激光发射装置1的距离和当前所处的检测区域编号，确定所述被检测物体在对应检测区域的所属位置。需要说明的是，由于本申请实施例中，涉及到多个检测区域，可以对每一个检测区域进行编号，并将每个检测区域的编号与反光镜3的旋转角度对应，以区分不同检测区域下获取的图像。

在本申请实施例中，对于成像装置2对应的检测区域与反光镜3旋转角度的应用关系，通过提前标定所述反光镜3与所述激光发射装置1的相对位置，并根据所述激光发射装置1的激光出射方向，确定每一检测区域对应的反光镜3的角度，需要说明的是，这里所述的反光镜3与所述激光发射装置1的相对位置，包括了两者之间的距离，以及两者之间的方位关系，即所述反光镜3与所述激光发射装置1的位置连线与所述激光发射装置1的激光出射方向的角度。

在本申请实施例中，所述成像装置2的每一个检测区域均预先划分和标定，如图3所示，在确定检测区域与所述激光发射装置1之间的距离，以及，所述激光发射装置1的激光发射角度α后，当明确被检测物体处于哪一个检测区域后，可以计算出被检测物体上的激光线的长度范围。且由于所述激光线的长度随着检测区域位置变化而均匀变化，所以根据被检测物体上的激光线长度，确定被检测物体在检测区域内的具体位置。

与前述一种自适应检测距离的三维成像系统的实施例相对应，本申请还提供了一种自适应检测距离的三维成像方法的实施例。所述自适应检测距离的三维成像方法包括：

启动激光发射装置1向被检测物体发射激光。

启动成像装置2，并通过角度调整装置控制反光镜3旋转，使成像装置2遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域。

判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜3旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，所述检测区域内包括中间位置，以及分布在中间位置两侧的边缘位置。

在一种可选的方式中，所述判断被检测物体在对应检测区域的所属位置的步骤，具体为：

获取检测区域内被检测物体上的激光线特征，根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述激光线特征为激光线的深度信息；根据所述激光线的深度信息，确定被检测物体上的激光线至被检测区域一侧边缘的距离，并根据激光线至被检测区域一侧边缘的距离，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述激光线特征为激光线的长度；根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

在一种可选的方式中，所述启动激光发射装置1向被检测物体发射激光的步骤之前，还包括：

根据所述反光镜3与所述激光发射装置1的相对位置，以及所述激光发射装置1的激光出射方向，确定每一检测区域对应的反光镜3的角度。

在一种可选的方式中，所述启动激光发射装置1向被检测物体发射激光的步骤之前，还包括：

根据检测区域与所述激光发射装置1之间的距离，以及，所述激光发射装置1的激光发射角度，确定被检测物体处于对应检测区域时，被检测物体上的激光线的长度范围。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种自适应检测距离的三维成像系统及方法，所述自适应检测距离的三维成像系统包括：激光发射装置1、成像装置2、反光镜3和角度调整装置，以及连接所述激光发射装置1、成像装置2和角度调整装置的控制器；所述反光镜3设置在成像装置2镜头处，且所述角度调整装置连接所述反光镜3，以调整所述反光镜3朝向所述成像装置2一侧的反光面的角度。

本申请实施例提供的一种自适应检测距离的三维成像系统，通过角度调整装置控制反光镜3旋转，使成像装置2遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域；然后判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜3旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，从而在整个检测范围内，对被检测物体实现全景深的三维测量，增大测量范围的同时，保证测量精度要求。

以上的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。类似地，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。其中，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

Claims (10)

1.一种自适应检测距离的三维成像系统，其特征在于，包括：激光发射装置(1)、成像装置(2)、反光镜(3)和角度调整装置，以及连接所述激光发射装置(1)、成像装置(2)和角度调整装置的控制器；

所述反光镜(3)设置在成像装置(2)镜头处，且所述角度调整装置连接所述反光镜(3)，以调整所述反光镜(3)朝向所述成像装置(2)一侧的反光面的角度；

所述控制器被配置为：

启动所述激光发射装置(1)向被检测物体发射激光；

启动成像装置(2)，并通过角度调整装置控制反光镜(3)旋转，使成像装置(2)遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域；

判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜(3)旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，所述检测区域内包括中间位置，以及分布在中间位置两侧的边缘位置。

2.根据权利要求1所述的自适应检测距离的三维成像系统，其特征在于，所述判断被检测物体在对应检测区域的所属位置的步骤，具体为：

获取检测区域内被检测物体上的激光线特征，根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

3.根据权利要求2所述的自适应检测距离的三维成像系统，其特征在于，所述激光线特征为激光线的深度信息；

根据所述激光线的深度信息，确定被检测物体上的激光线至被检测区域一侧边缘的距离，并根据激光线至被检测区域一侧边缘的距离，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

4.根据权利要求2所述的自适应检测距离的三维成像系统，其特征在于，所述激光线特征为激光线的长度；

根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

5.根据权利要求1所述的自适应检测距离的三维成像系统，其特征在于，所述控制器还被配置为：

根据所述反光镜(3)与所述激光发射装置(1)的相对位置，以及所述激光发射装置(1)的激光出射方向，确定每一检测区域对应的反光镜(3)的角度。

6.根据权利要求1所述的自适应检测距离的三维成像系统，其特征在于，所述控制器还被配置为：

根据检测区域与所述激光发射装置(1)之间的距离，以及，所述激光发射装置(1)的激光发射角度，确定被检测物体处于对应检测区域时，被检测物体上的激光线的长度范围。

7.一种自适应检测距离的三维成像方法，其特征在于，所述自适应检测距离的三维成像方法应用于权利要求1-6任一项所述的自适应检测距离的三维成像系统，所述自适应检测距离的三维成像方法包括：

启动激光发射装置(1)向被检测物体发射激光；

启动成像装置(2)，并通过角度调整装置控制反光镜(3)旋转，使成像装置(2)遍历全部检测区域，并确定当前被检测物体所属的检测区域；

判断被检测物体在对应检测区域的所属位置，若处于对应检测区域的边缘位置，则通过所述角度调整装置控制反光镜(3)旋转，以使被检测图像处于下一检测区域或上一检测区域的中间位置，所述检测区域内包括中间位置，以及分布在中间位置两侧的边缘位置。

8.根据权利要求7所述的自适应检测距离的三维成像方法，其特征在于，所述判断被检测物体在对应检测区域的所属位置的步骤，具体为：

获取检测区域内被检测物体上的激光线特征，根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

9.根据权利要求8所述的自适应检测距离的三维成像方法，其特征在于，所述激光线特征为激光线的深度信息；

根据所述激光线的深度信息，确定被检测物体上的激光线至被检测区域一侧边缘的距离，并根据激光线至被检测区域一侧边缘的距离，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。

10.根据权利要求8所述的自适应检测距离的三维成像方法，其特征在于，所述激光线特征为激光线的长度；

根据所述激光线特征，确定被检测物体在对应检测区域的所属位置。