单线激光轮廓测距常用于对物体表面的高度进行测量,其计算模型如下:
假设物体表面高度为$h(x, y)$,激光光源位置为$(x_l, y_l, z_l)$,激光扫过的位置为$(x_s, y_s, z_s)$,相机拍摄位置为$(x_c, y_c, z_c)$。
则激光扫过物体表面时,光线与物体表面的夹角为$\\alpha$,可以通过三角函数计算得出:
$\\tan \\alpha = \\frac{h(x_s, y_s) - h(x_l, y_l)}{\\sqrt{(x_s - x_l)^2 + (y_s - y_l)^2}}$
当光线射到相机上时,它在相机平面上的投影位置为$(x_p, y_p)$,根据相似三角形原理:
$\\frac{h(x_s, y_s) - h(x_l, y_l)}{\\sqrt{(x_s - x_l)^2 + (y_s - y_l)^2}} = \\frac{z_c - z_s}{\\sqrt{(x_p - x_c)^2 + (y_p - y_c)^2 + z_c^2} - z_s}$
解出$h(x_s, y_s)$即可得到物体表面高度。
以下是一份基于matlab的代码实现:
```
% 设置参数
laser_pos = [0, 0, 100]; % 激光光源位置
camera_pos = [0, 100, 200]; % 相机拍摄位置
laser_angle = 10; % 激光扫过物体表面的角度
image_width = 640; % 图像宽度
image_height = 480; % 图像高度
focal_length = 800; % 相机焦距
% 生成物体表面高度图
[X, Y] = meshgrid(-100:100, -100:100);
Z = 5 * sin(X/10) + 7 * cos(Y/8);
% 生成激光轮廓
laser_x = linspace(-100, 100, image_width);
laser_y = zeros(1, image_width);
for i = 1:image_width
alpha = atan((laser_x(i) - laser_pos(1)) / laser_pos(3));
laser_y(i) = (laser_pos(2) - camera_pos(2) + tan(alpha) * camera_pos(3)) / tan(laser_angle*pi/180) + camera_pos(1);
end
% 显示激光轮廓和物体表面高度图
figure;
subplot(121);
imshow(Z, []);
hold on;
plot(laser_x, laser_y, \'r\');
title(\'物体表面高度\');
subplot(122);
imshow(zeros(image_height, image_width));
hold on;
plot(laser_x, laser_y, \'r\');
title(\'激光轮廓\');
```
其中,上述代码中生成了一个简单的周期性模型作为物体表面高度图,并通过计算得到了激光轮廓。可以通过修改物体表面高度图和调整激光角度等参数来测试代码的效果。
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