多线结构光在地形测量中的应用

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1、2011年第5期徐飞龙，等:多线结构光在地形测量中的应用37文章编号:0494-0911(2011)05-0037-04中图分类号:P217文献标识码:B多线结构光在地形测量中的应用徐飞龙，徐向舟，刘亚坤，王书芳，赵超(大连理工大学水利工程学院，辽宁大连116024)ApplicationofMulti-line-structureLightintheTopographicSurveyXUFeilong，XUXiangzhou，LIUYakun，WANGShufang，ZHAOChao摘要:首先介绍多线结构光测量系统的结构及其

2、工作原理，并对测量系统的多线结构光激光源的系统误差进行分析;然后将测量系统应用于冲刷坑模型实际测量中，测量数据经图像分析软件处理后，得到地形等高线图和三维模型;最后在地形的断面点高程数据分析中，将多线结构光法与传统测针法的测量结果进行对比，发现两者呈高度线性相关，平均相对误差小于1‰。试验结果表明，多结构光法是一种观测精度和效率较高的非接触式三维地形测量方法。关键词:线结构光;地形测量;测针法;误差分析一、引言二、多线结构光测量系统在地形测量领域中，传统观测仪器如水准仪、经1．测量系统结构及其工作原理纬仪、全站仪等因具有观测原

3、理简单、观测精度高和测量系统包括激光源、CCD摄像机、激光定位操作简便等特点而得到广泛应用。但这些方法基本点传感器、计算机、支架平台及控制结构等部分。属于单点的接触式测量，存在如外业工作量大、效率其工作原理如下:首先，激光源向周围被测物体投低、容易破坏地形以及难以对地形进行面测量等缺射一组相互平行且等间距的激光平面(多光平面)，陷。而结构光视觉测量技术兼有激光测量的精确性多光平面与物体表面相交形成一组反映其表面形和摄影测量的高效性，弥补了传统测量技术的不足。态特征的激光条纹;同时，再由激光定位点传感器结构光视觉测量技术是一种获

4、取物体表面深沿垂直于多光平面的方向发射一组相互平行的激［1］度信息的主动视觉测量方法，具有大量程、大视光束，该激光束与被测物体相交为一组激光定位场、较高精度、光条纹图像信息提取简单、实时性强点;然后，CCD摄像机通过计算机指令，沿摄像机透［2］及主动受控性强等特点，已广泛应用于机器视镜主光轴与多光平面垂直的方向，与激光源共同完［3-6］觉、工业检测、逆向工程等领域。根据照射系统成被测物体光条纹图像采集;最后，根据激光定位采用的结构光方式不同，可划分为点结构光法、线点的已知相对坐标分别对光条纹图像进行畸变矫结构光法、多线结构光法

5、、网格结构光法、二进制编正和尺寸率定，通过二维、三维图像分析软件(Auto-［1，5］码、灰度编码及彩色编码方法等。点结构光和CAD/ArcGIS)对光条纹图像进行二值化、融合处理，线结构光法获取深度图像信息的技术成熟，但是逐形成被测物体等值线图及其三维模型，进行相关计点测量则要求采集和处理较多的图像，这从根本上算分析。其流程如图1所示。降低了测量的效率。而多线结构光法则能有效地提高测量的速度，特别有助于对大尺度、复杂曲面的物体轮廓进行实时测量。本文构建了基于多线结构光法的三维地形测量系统，并将该测量系统应用于冲刷坑模型地形的

6、测量中，得到被测地形的等高线图及地形三维模型。同时，将多线结构光法测得的地形断面高程数据与传统的测针法测量结果进行了对比分析。图1多线结构光测量系统测量流程收稿日期:2011-03-29基金项目:中国水利水电科学研究院开放研究基金(IWHR02009009);水利部黄河泥沙重点实验室开放课题基金(2009002);国家自然科学基金(51079016)作者简介:徐飞龙(1984—)，男，江西上饶人，硕士生，研究方向为水土保持和水环境治理。38测绘通报2011年第5期2．激光平面误差板;然后，校正多光平面角度使其与水平面平行，调激

7、光源是测量系统的重要组成部分，本测量系整刻度板的高度使起始激光中心线与刻度板上的统采用可靠且容易实现的激光器阵列方式构造。起始刻度线重合，在刻度板的左、中、右3个位置分为确保系统能达到较高的测量精度，多光平面必须别读取每一根激光中心线对应的刻度值，取其平均满足彼此之间相互平行。为了评价激光源系统误值为对应激光线的刻度读数;最后，把每一检测圆差，对多光平面间距进行实测分析。环上4个测点的刻度读数平均计算，得到该测量直首先，在多光平面上设置以激光源为中心，直径下对应多光平面间距的测量值。激光源量程为径分别为1000mm、2000m

8、m、3000mm和4000mm400mm，相邻光平面理论间距为50mm，刻度板的最的4个检测圆环，沿每一检测圆环上布置4个等间小刻度为1mm。分析测量值与理论值的误差，结果距的测量点，并沿各个测量点的铅垂方向固定刻度如表1所示。表1多光平面间距误差分析结果d=1000mmd=