專利名稱：基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的裝置及定位方法
技術領域：
本發明涉及工程測量及控制應用技術領域，尤其涉及基于網絡視頻實現的遠程測量中激光點的裝置及定位方法。
背景技術：
遠程測距系統采用激光測距與網絡視頻相結合的方式，實現用戶在客戶操作端即可觀看現場畫面，對點選的畫面中任意兩點間的實際距離進行測定，方便用戶在遠程對遠程測距終端所在地點的任意物體長度、兩點距離的測定。實踐證明，該系統在工程測量、港口、公路地鐵建設測量、農作物長勢監管分析、地質安全等方面應用方面具有良好的應用前景。然而在實際應用中，測距激光點在視頻畫面中目測定位時，經常出現以下問題，對遠程測距系統的正常使用造成了比較大的影響；1)量程較長時，即接近100米時，激光點強度減弱，難于捕捉；2)日照強度過高，即照度過高時，激光點與環境光對比不強烈，難于捕捉。因此應進行改進。
發明內容
本發明針對遠程測距系統在使用中存在的激光點不易辨識問題，提供一種基于激光與攝像機平行部署實現的遠程測距系統測距激光點的定位方法及裝置。本發明是通過以下技術方案實現的本發明的基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的裝置設有 (a).遠程測距終端，(b)、中心平臺，(C)、測距客戶端。遠程測距終端設有攝像機、激光測距傳感器、激光測距傳感器角度調校裝置、角度傳感器、高精度云臺、編解碼模塊、網絡模塊。 激光測距傳感器完成對被測物兩端的距離采集，高精度云臺承載激光傳感器、角度傳感器和攝像機，角度傳感器實時傳遞角度值，激光測距傳感器角度調校裝置可實現對激光測距傳感器的角度微調，校正平行后可進行緊固，攝像機完成對被測物的圖像采集；網絡模塊負責將采集到的信息通過互聯網發送到控制平臺上。測量者通過傳送到測距客戶端的圖像實現對目標的捕捉，計算得到圖像中激光點的位置，并用十字光標進行標識，將十字光標分別對準被測物的起始點和終止點，實施測量操作；網絡模塊負責將采集到的信息通過互聯網發送到控制平臺上，遠程測距終端可存儲測量數據，并可索引視頻錄像，可將測量值疊加于視頻字幕。本發明所述的基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的定位方法是首先選定一個鏡頭預置位，即可確定一個焦距，激光測距傳感器與攝像機平行放置， 光測距傳感器與攝像機盡量靠近，要求攝像機鏡頭光軸在變焦時應保持穩定，不得有過大偏差。通過角度調校裝置使測距激光束與攝像機光軸微調校正平行并固定下來，平行校正通過與攝像機垂直的不同距離的兩個靶面來實現，在一定物距D處設置靶面(如圖中靶面 P)，靶面上標示中心點，鏡頭垂直正對靶面，將靶面中心點調整到鏡頭畫面的中心點，此時
4激光會打在靶面上，測得激光點與靶面中心點的距離L，并在攝像機畫面中測得激光點與攝像機畫面中心點距離為1，及1相對于畫面水平線的角度α，這樣可計算得到此時鏡頭焦距 f = 1XD/L，該焦距下任意物距下的激光點在圖像中距離圖像中心點距離可利用公式1 = fXL/D,(其中D通過激光測距傳感器的返回值測得；L為恒定值，始終保持不變)算出，與水平線偏離角度為α，這樣即可確定畫面中激光點所在的位置。遠程測距終端記錄下該鏡頭預置位下f值，完成該鏡頭預置位激光點標定工作。如此類推，可完成多個鏡頭預置位激光點的標定，支撐各種焦距下的激光點位置標定測算。這樣，在各種預置位下可根據測得的 f值，以及角度α、激光點與鏡頭中軸距離L，確定測距客戶端視頻畫面中激光點位置，測距客戶端視頻畫面中十字光標交點可用來定位實際的激光點，利用視頻畫面中心十字光標交點選取測量起點及終點，最終返回測量結果。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果本發明提高了遠程測距系統的性能和使用效果，使遠程測距系統的測量距離及精度極大加長，同時實現了包括正午高強度日光條件及遠距離測量時的激光點標示，使遠程測距系統形成了全天候全量程遠程精確測距能力。本發明采用將測距激光與攝像機鏡頭光軸同軸的方式，可標定指定焦距下某物距下激光點在視頻畫面中的對應位置，從而可計算獲得該焦距下任意物距時激光點在視頻畫面中的位置，實現利用攝像機畫面的指定點對測距激光點位置的標示，測量者可通過攝像機拍攝畫面的十字光標交點捕捉到測距激光點，并控制攝像機拍攝畫面的十字光標交點選取測量起點及測量終點進行測量。
圖1為本發明實施例示意圖。圖2為本發明的定位方法示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本發明的基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的裝置設有a.遠程測距終端，b、中心平臺，C、測距客戶端。a.遠程測距終端。遠程測距終端設有激光測距傳感器、角度傳感器、高精度云臺、 編解碼模塊、網絡模塊。激光測距傳感器完成對被測物兩端的距離采集，高精度云臺完成對激光傳感器和一體化攝像機的承載，角度傳感器實時傳遞角度值，角度傳感器有多種實現方式，包括在云臺上加裝光柵編碼返回角度，或采用多軸的角度傳感器在云臺上裝載，激光測距傳感器角度調校裝置可實現對激光測距傳感器的角度微調，校正平行后可進行緊固， 一體化攝像機完成對被測物的圖像采集和激光點的捕捉；測量者通過傳送到測距客戶端的圖像實現對目標的捕捉，計算得到圖像中激光點的位置，并用十字光標進行標識，將十字光標分別對準被測物的起始點和終止點，實施測量操作；網絡模塊負責將采集到的信息通過互聯網發送到控制平臺上。遠程測距終端可存儲測量數據，并可索引視頻錄像，可將測量值疊加于視頻字幕。遠程測距終端可直接被測距客戶端連接，實現測距功能，亦可提供開發包
5供第三方應用調用b、中心平臺實現功能包括設備注冊、管理功能、控制信令轉發、視頻轉發，測距客戶端接入。控制平臺可將實時測得的數據進行存儲。C、測距客戶端顯示遠程測距現場傳來的視頻和數據，控制遠程測距終端的云臺轉向并聚焦需測定的物體，利用鼠標點取畫面中所需測量實際距離的兩點(使視頻畫面中十字光標交點對準被測點)，測距客戶端可顯示兩點間的實際距離及探頭距離該點的實際距離(量程)。測距客戶端可通過中心平臺控制遠程測距終端，亦可不通過中心平臺直接連接遠程測距終端進行測量。實例采用測距客戶端通過互聯網對現場的攝像機、激光測距傳感器、高精度云臺、攝像機進行操控。首先通過調節云臺，使攝像機指向被測物，找到被測物體，再調節云臺，將視頻畫面中十字光標交點打在被測物的起點和終點，通過激光測距儀得到起點與遠程測距終端距離a、終點與遠程測距終端距離b，通過角度傳感器得到起點和遠程測距終端連線與終點和遠程測距終端連線的夾角α，從而利用余弦定理公式計算出起點和終點間的實際距離 L，同時系統可實現對L的字幕疊加、存儲及顯示。如圖2所示，本發明所述的基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的定位方法是首先選定一個鏡頭預置位，即可確定一個焦距，激光測距傳感器與攝像機平行放置，光測距傳感器與攝像機盡量靠近，要求攝像機鏡頭光軸在變焦時應保持穩定，不得有過大偏差。通過角度調校裝置使測距激光束與攝像機光軸微調校正平行并固定下來， 平行校正通過與攝像機垂直的不同距離的兩個靶面來實現，在一定物距D處設置靶面(如圖中靶面P)，靶面上標示中心點，鏡頭垂直正對靶面，將靶面中心點調整到鏡頭畫面的中心點。此時激光會打在靶面上，測得激光點與靶面中心點的距離L，并在攝像機畫面中測得激光點與攝像機畫面中心點距離為1，及1相對于畫面水平線的角度α，這樣可計算得到此時鏡頭焦距f = 1XD/L。該焦距下任意物距下的激光點在圖像中距離圖像中心點距離可利用公式1 = f XL/D(其中D通過激光測距傳感器的返回值測得；L為恒定值，始終保持不變) 算出，與水平線偏離角度為α，，這樣即可確定畫面中激光點所在的位置。遠程測距終端記錄下該鏡頭預置位下f值，完成該鏡頭預置位激光點標定工作。如此類推，可完成多個鏡頭預置位激光點的標定，支撐各種焦距下的激光點位置標定測算。這樣，在各種預置位下可根據測得的f值，以及角度α、激光點與鏡頭中軸距離L，確定測距客戶端視頻畫面中激光點位置，測距客戶端視頻畫面中十字光標交點可用來定位實際的激光點，利用視頻畫面中心十字光標交點選取測量起點及終點，最終返回測量結果。本發明將測距激光與攝像機光軸平行射出后，對各個鏡頭預置位進行了標定，給出焦距f，配合激光測距傳感器測出的物距，可準確算出激光點在畫面中的位置。這樣，無論攝像機如何變焦，在任何量程上的激光點位置都可在攝像機畫面上精確標定，當然，這要求攝像機的光軸偏離極小，才能保證精度，無論攝像機如何變焦，光軸不應發射偏離，在CCD 上的成像不應失真。
權利要求
1.基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的裝置，其特征在于，所述的基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的裝置設有a.遠程測距終端， b、中心平臺，C、測距客戶端:a.遠程測距終端設有激光測距傳感器、角度傳感器、高精度云臺、編解碼模塊、網絡模塊；激光測距傳感器完成對被測物兩端的距離采集，高精度云臺完成對激光傳感器和一體化攝像機的承載，角度傳感器實時傳遞角度值，角度傳感器有多種實現方式，包括在云臺上加裝光柵編碼返回角度，或采用多軸的角度傳感器在云臺上裝載，激光測距傳感器角度調校裝置實現對激光測距傳感器的角度微調，校正平行后進行緊固；一體化攝像機完成對被測物的圖像采集和激光點的捕捉，測量者通過傳送到測距客戶端的圖像實現對目標的捕捉，計算得到圖像中激光點的位置，并用十字光標進行標識，將十字光標分別對準被測物的起始點和終止點，實施測量操作；網絡模塊負責將采集到的信息通過互聯網發送到控制平臺上；遠程測距終端存儲測量數據，并索引視頻錄像，將測量值疊加于視頻字幕；遠程測距終端直接被測距客戶端連接，實現測距功能，亦提供開發包供第三方應用調用；b、中心平臺實現設備注冊、管理功能、控制信令轉發、視頻轉發，測距客戶端接入；控制平臺將實時測得的數據進行存儲；C、測距客戶端顯示遠程測距現場傳來的視頻和數據，控制遠程測距終端的云臺轉向并聚焦需測定的物體，利用鼠標點取畫面中所需測量實際距離的兩點，測距客戶端顯示兩點間的實際距離及探頭距離該點的實際距離，測距客戶端通過中心平臺控制遠程測距終端或不通過中心平臺直接連接遠程測距終端進行測量。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，使用所述的裝置進行定位的方法是采用測距客戶端通過互聯網對現場的攝像機、激光測距傳感器、高精度云臺、攝像機進行操控， 首先通過調節云臺，使攝像機指向被測物，找到被測物體，再調節云臺，將視頻畫面中十字光標交點打在被測物的起點和終點，通過激光測距儀得到起點與遠程測距終端距離a、終點與遠程測距終端距離b，通過角度傳感器得到起點和遠程測距終端連線與終點和遠程測距終端連線的夾角α，從而利用余弦定理公式計算出起點和終點間的實際距離L，同時系統實現對L的字幕疊加、存儲及顯示。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，使用所述的裝置進行定位方法是；首先選定一個鏡頭預置位，即確定一個焦距，激光測距傳感器與攝像機平行放置，光測距傳感器與攝像機盡量靠近，要求攝像機鏡頭光軸在變焦時應保持穩定，不得有過大偏差，通過角度調校裝置使測距激光束與攝像機光軸微調校正平行并固定下來，平行校正通過與攝像機垂直的不同距離的兩個靶面來實現，在一定物距D處設置靶面，靶面上標示中心點，鏡頭垂直正對靶面，將靶面中心點調整到鏡頭畫面的中心點，此時激光打在靶面上，測得激光點與靶面中心點的距離L，并在攝像機畫面中測得激光點與攝像機畫面中心點距離為1及1相對于畫面水平線的角度α，這樣可計算得到此時鏡頭焦距f = 1XD/L，該焦距下任意物距下的激光點在圖像中距離圖像中心點距離可利用公式1 = fXL/D算出，與水平線偏離角度為 α，確定畫面中激光點所在的位置；遠程測距終端記錄下該鏡頭預置位下f值，完成該鏡頭預置位激光點標定工作，在各種預置位下根據測得的f值，以及角度α、激光點與鏡頭中軸距離L，確定測距客戶端視頻畫面中激光點位置，測距客戶端視頻畫面中十字光標交點用來定位實際的激光點，利用視頻畫面中心十字光標交點選取測量起點及終點，最終返回測量結果。
全文摘要
本發明公開了一種基于激光與攝像機平行實現的遠程測距系統測距激光點的裝置及定位方法，本發明采用將測距激光與攝像機光軸平行的方式，通過預先對攝像機預置位的參數標定，實現在攝像機畫面中對測距激光點的位置計算及標示，測量者在客戶操作端即可觀看現場畫面，通過攝像機拍攝畫面中標示的十字光標交點捕捉到測距激光點，并控制攝像機拍攝畫面的中心十字光標交點選取測量起點及測量終點進行測量，同時實現存儲備案、疊加視頻字幕等功能，從而解決遠程測距系統中長量程情況下、強環境光情況下的激光點定位問題。
文檔編號G01C11/00GK102445183SQ20111031062
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月9日 優先權日2011年10月9日
發明者林景輝, 鄭文 申請人:福建匯川數碼技術科技有限公司