專利名稱：基于線陣相機的柱面外表面全景自動采集系統(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，涉及一種自動采集展開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景(用戶在某一視角看到的場景)；與之對應，全景圖像能反映柱面體全局展開圖像，為了研究柱面表面的一些痕跡的準確位置和分布規(guī)律，需要一種較高精度的采集柱面外表面全景展開圖的系統(tǒng)。目前，采集柱面展開圖的方法主要是采用光學原理，常見的包括折反射全向圖柱面展開、基于雙向映射精確插值的折反射全向圖柱面全景展開方法、基于泰勒模型的全向圖像展開、基于凸曲面反射鏡的柱面全景圖像無縫快速生成系統(tǒng)。這些光學方法都存在一
些無法回避的缺點Φ光學方法
裝置的設計要求精度極高，不利于生產(chǎn)加工；Si光學全景圖像柱面展開理論算法占用系統(tǒng)資源較大，后期計算量很大。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)有蘋果公司的QuickTime VR、佳能帶全景拍攝數(shù)碼相機及數(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單,然而采集到的圖像不夠精確,在一些高精度需求的場合不適用。因此，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、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圖的自動采集系統(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)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的，集被測柱面體的裝夾、其旋轉(zhuǎn)角度可精確調(diào)控的，相機位置適時調(diào)控的，定時拍攝自動獲取較高精度的圓柱面外表面全景展開圖的系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題的不足而采用的技術(shù)方案是基于線陣相機的柱面外表面全景自動采集系統(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、大齒輪、小齒輪和步進電機，大齒輪、小齒輪和步進電機設置在工作臺內(nèi)，步進電機通過數(shù)據(jù)線與中央控制器連接，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪與步進電機的電機軸連接；
所述的旋轉(zhuǎn)裝置包括平板和三爪卡盤，三爪卡盤通過螺栓固定在平板上，平板通過傳動軸與大齒輪連接，柱面體安裝在三爪卡盤上；
所述的拍攝裝置I包括線陣相機、直線電機、激光測距儀和相機架，直線電機上方設有相機架，相機架上設有線陣相機和激光測距儀，激光測距儀設置在線陣相機鏡頭下方，用于測量線陣相機鏡頭與柱面體之間的距離，中央控制器的通過數(shù)據(jù)線分別連接激光測距儀、 線陣相機和直線電機，中央控制器通過步進電機控制柱面體以設定的旋轉(zhuǎn)量旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，中央控制器根據(jù)激光測距儀測量的距離控制直線電機調(diào)整線陣相機與柱面體之間的距離。本發(fā)明有益效果為
1、裝夾被測柱面體方便快捷，定心準確，被測物體的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)次數(shù)精確可調(diào)；
2、線陣相機和被拍攝區(qū)域之間的距離可以通過直線電機精確控制，適應于包括圓柱面或非圓柱面柱面體的外表面展開，應用范圍廣泛；
3、使用中央處理器單片機編程控制柱面體的轉(zhuǎn)動、相機架的移動和線陣相機的拍攝， 自動化程度高，操作方便；
4、系統(tǒng)成像為真實圖像非邏輯成像，不會產(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的形式合成，后期處理方便簡單；
5、本系統(tǒng)全自動化操作,人為因素造成的誤差較少，可重復性好。


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，102、相機架，103、激光測距儀，104、直線電機，2、固定裝置，201、工作臺，202、大齒輪，203、小齒輪，204、步進電機，3、旋轉(zhuǎn)裝置，301、平板，302 、三爪卡盤，303、傳動軸，4、中央控制器，5、柱面體。
具體實施例方式如圖所示，基于線陣相機的柱面外表面全景自動采集系統(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201、大齒輪202、小齒輪203和步進電機204，大齒輪 202、小齒輪203和步進電機204設置在工作臺201內(nèi)，步進電機204通過數(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與步進電機204的電機軸連接；
所述的旋轉(zhuǎn)裝置3包括平板301和三爪卡盤302，三爪卡盤302通過螺栓固定在平板 301上，平板301通過傳動軸303與大齒輪202連接，柱面體5設置在三爪卡盤302上；
所述的拍攝裝置I包括線陣相機101、直線電機104、激光測距儀103和相機架102，直線電機104上方設有相機架102，相機架102上設有線陣相機101和激光測距儀103，激光測距儀103設置在線陣相機101鏡頭下方，用于測量線陣相機101鏡頭與柱面體5之間的距離，中央控制器4的通過數(shù)據(jù)線分別連接激光測距儀103、線陣相機101和直線電機104， 中央控制器4通過步進電機104控制柱面體5以設定的旋轉(zhuǎn)量旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，中央控制器4根據(jù)激光測距儀103測量的距離控制直線電機104調(diào)整線陣相機101與柱面體5 之間的距離。中央控制器4內(nèi)設置激光測距儀103與三爪卡盤302上放置的柱面體5的距離為 L。，中央控制器4內(nèi)的信號傳輸給步進電機204，步進電機204旋轉(zhuǎn)α度停止，中央控制器4將信號傳輸給激光測距儀103，測試激光測距儀103與柱面體5的距離，中央控制器4將信號傳輸給直線電機104，直線電機104通過相機架102帶動激光測距儀103移動，使激光測距儀103與柱面體5的距離為Ltl，中央控制器4將信號傳輸給線陣相機101，線陣相機101 對柱面體5進行拍攝，重復執(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)動一個預先設定的精確的角度。所述的中央控制器主要是通過單片機電路完成控制步進電機的旋轉(zhuǎn)和線陣相機的拍射功能。如附圖2所示，首先向由單片機等組成的中央控制器中燒寫編寫好的程序，程序包含以下三方面內(nèi)容第一步，設定激光測距儀和被測區(qū)域的初始距離U、步進電機旋轉(zhuǎn)的加速度ω及步進電機旋轉(zhuǎn)時間tp t2 ;第二步,控制步進電機的旋轉(zhuǎn),控制步進電機以設定的角速度ω旋轉(zhuǎn)設定的時間h，而后停止旋轉(zhuǎn)。步進電機旋轉(zhuǎn)過程中，大齒輪與小齒輪嚙合帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，平板與傳動軸一體，柱面體由三抓卡盤加緊并固定在平板上，這樣就實現(xiàn)了柱面體定心轉(zhuǎn)動一個預先設定的精確的角度Ct (其中Ct=(Ot1);第三步,等待步進電機旋轉(zhuǎn)設定的時間加上一定的延遲時間t2后，激光測距儀測量此時被測區(qū)域與激光測距儀的距離L，并反饋給中央處理器與初始設定距離Ltl比對，中央處理器控制直線電機調(diào)整相機架到指定位置，中央控制器控制線陣相機開始拍攝，再延遲時間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)整線陣相機架在直線電機上的位置并固定，啟動程序采集保存圖片。最后，以有機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圖。本發(fā)明解決了柱面外表面的全景展開問題，精確的得到柱面外表面全景展開圖，該系統(tǒng)可用于科學實驗研究、比如采集展開內(nèi)燃機氣缸套的外表面，對其表面的穴蝕分布進行研究，也可用于警方指紋調(diào)查取證，另外它在教育娛樂以及軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應用前景。
權(quán)利要求
1.基于線陣相機的柱面外表面全景自動采集系統(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(201)、大齒輪(202 )、小齒輪(203 )和步進電機(204 )， 大齒輪(202 )、小齒輪(203 )和步進電機(204 )設置在工作臺(201)內(nèi)，步進電機(204 )通過數(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)與步進電機(204)的電機軸連接；所述的旋轉(zhuǎn)裝置(3 )包括平板(301)和三爪卡盤(302 )，三爪卡盤(302 )通過螺栓固定在平板(301)上，平板(301)通過傳動軸(303)與大齒輪(202)連接，柱面體(5)設置在三爪卡盤(302)上；所述的拍攝裝置(I)包括線陣相機(101)、直線電機(104)、激光測距儀(103)和相機架 (102)，直線電機(104)上方設有相機架(102)，相機架(102)上設有線陣相機(101)和激光測距儀(103)，激光測距儀(103)設置在線陣相機(101)鏡頭下方，用于測量線陣相機(101) 鏡頭與柱面體(5)之間的距離，中央控制器(4)的通過數(shù)據(jù)線分別連接激光測距儀(103)、 線陣相機(101)和直線電機(104)，中央控制器(4)通過步進電機(104)控制柱面體(5)以設定的旋轉(zhuǎn)量旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，中央控制器(4)根據(jù)激光測距儀(103)測量的距離控制直線電機(104)調(diào)整線陣相機(101)與柱面體(5)之間的距離。
全文摘要
基于線陣相機的柱面外表面全景自動采集系統(tǒng)，提出的基于自動采集展開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。首先向由單片機等組成的中央控制器中燒寫編寫好的程序，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圖。該系統(tǒng)解決了圓柱面外表面的全景展開問題，可用于科學實驗研究、比如采集展開內(nèi)燃機氣缸套的外表面，對其表面的穴蝕分布進行研究，也可用于警方指紋調(diào)查取證，另外它在教育娛樂以及軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應用前景。
文檔編號G01B11/24GK102589465SQ20121000926
公開日2012年7月18日 申請日期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 申請人:河南科技大學