CN101788672A

CN101788672A - 一种测定两个目标点之间距离的方法

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Publication number: CN101788672A
Application number: CN201010111604A
Authority: CN
Inventors: 卢波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2010-07-28

Abstract

本发明公开了一种测定两个目标点之间距离的方法，包括：第一激光器和第二激光器分别向第一目标点和第二目标点分别发射激光束，并获得第一发射角和第二发射角；图像传感器接收第一目标点和第二目标点的反射激光束，并将反射激光束形成的第一图像信息和第二图像信息发送给数值运算模块；数值运算模块根据反射激光夹角、镜头到所述第一目标点之间的距离和镜头到第二目标点之间的距离得到第一目标点和第二目标点之间的距离数据，并将距离数据发送到所述显示屏进行显示。本发明提供了一种全新的测距方式，可以方便有效地测定任意两点之间的距离。使用时，第一激光器固定指向目标点，第二激光器手动调整对准目标点，使用者手持即可使用。

Description

一种测定两个目标点之间距离的方法

技术领域

本发明涉及一种测距技术，具体说，涉及一种测定两个目标点之间距离的方法。

背景技术

激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克、飞机、舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。同时，也是提高高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。

激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。现有激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用D＝ct/2表示，式中D表示A、B两点间距离，c表示光在大气中传播的速度，t表示光往返A、B一次所需的时间。由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。相位式是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。

但是，上述的激光测距技术对于电子器件的要求极高，所以，造成激光测距仪的制造成本居高不下，限制了大范围推广使用。

如图1所示，是现有技术中影像感测装置的结构示意图。影像感测装置100的结构包括：图像传感器101和镜头102。影像感测装置100可以选用数码摄像机或者数码照相机。图像传感器能够将照射到其上的光形成图像数据。图像传感器可以采用电荷藕合器件图像传感器(CCD，Charge CoupledDevice)或者互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor)。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种测定两个目标点之间距离的方法，能够有效测出任意两点之间的距离。

技术方案如下：

一种测定两个目标点之间距离的方法，包括第一激光器和影像感测装置，所述影像感测装置包括镜头和图像传感器，包括：

第一激光器向第一目标点和第二目标点分别发射激光束，并获得分别对应于所述第一目标点和第二目标点的第一发射角和第二发射角；

图像传感器接收所述第一目标点和第二目标点的反射激光束，并将所述反射激光束形成的第一图像信息和第二图像信息发送给所述数值运算模块；

数值运算模块接收所述第一图像信息和第二图像信息，根据所述第一图像信息确定来自所述第一目标点的反射激光的第一反射角，根据所述第一反射角、第一发射角和所述第一激光器与镜头之间的距离得出所述镜头到所述第一目标点之间的距离；根据所述第二图像信息确定来自所述第二目标点的反射激光的第二反射角，根据所述第二反射角、第二发射角和所述第一激光器与镜头之间的距离得出所述镜头到所述第二目标点之间的距离；根据第一反射角和第二反射角之差得出反射激光夹角；根据所述反射激光夹角，以及所述镜头到所述第一目标点之间的距离和所述镜头到所述第二目标点之间的距离得到所述第一目标点和第二目标点之间的距离数据，并将所述距离数据发送到所述显示屏；

显示屏接收所述距离数据并显示。

进一步：第二激光器向第二目标点发射激光束，所述第一激光器向第一目标点发射激光束；所述数值运算模块根据所述第二反射角、第二发射角和所述第二激光器与镜头之间的距离得出所述镜头到所述第二目标点之间的距离；根据所述反射激光夹角，以及所述镜头到所述第一目标点之间的距离和所述镜头到所述第二目标点之间的距离得到所述第一目标点和第二目标点之间的距离数据，并将所述距离数据发送到所述显示屏。

进一步所述第一激光器和第二激光器与镜头之间的距离为第一激光器和第二激光器到所述镜头中心点之间的距离。

进一步：所述第一发射角或者第二发射角为直角。

进一步：所述数值运算模块和显示屏设置在所述主板上，所述主板用于为所述数值运算模块和显示屏提供电路。

进一步：所述激光器和影像感测装置设置在支架的横梁上。

进一步：所述横梁设置有激光器转轴、横梁转轴和影像感测装置转轴；所述激光器通过所述激光器转轴固定在所述横梁上，所述影像感测装置通过所述影像感测装置转轴固定在所述横梁上，所述横梁通过所述横梁转轴固定在所述支架上。

进一步：设定基线穿过所述镜头中心点O，基线和所述图像传感器的垂直交点是设定基点P，反射回来的激光束在所述图像传感器形成光点A；则所述第一反射＝arctgOP/AP，其中，OP代表线段的长度，AP代表线段AP的长度。

进一步：当所述图像传感器有倾斜角时，反射激光束水平方向的夹角为所述第一反射角减去所述倾斜角。

进一步：在所述第一激光器的前端一设定距离处设置有辅助测距反光透光板；所述第一激光器发射激光束的发射角根据所述辅助测距反光透光板反射激光束的反射角、所述镜头到所述第一激光器之间的距离和所述设定距离来确定。

本发明技术方案带来的技术效果包括：

1、本发明和现有的激光测距技术完全不同，提供了一种全新的测距方式和算法，能够有效测出任意两点之间的距离，由于测距计算方式简单，所以可以大大降低对电子器械的要求，便于大面积推广。

2、在建筑施工、建筑安装、房屋测量等活动中，经常需要测量两点之间距离，目前所采用的方法基本上采用皮尺或卷尺进行丈量，测量时常常需要两个人来进行，有时因现场环境复杂、测量点不易到达甚至不能到达，给测量造成不便。而本发明使用方便，非常适合于复杂条件下使用。

3、本发明“所见即所量”，只需将装置放置在测量点，将所发射的激光指向所需测量的两个目标点即可看到测量数据；使用时只需一人便可测量两点之间的距离，不需要到达两点中的任何一点。

附图说明

图1是现有技术中影像感测装置的结构示意图；

图2是本发明中利用一个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的工作示意图；

图3是本发明中利用二个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的工作示意图；

图4是本发明中图2示例得出两目标点之间距离的算法示意图；

图5是本发明中图3示例得出两目标点之间距离的算法示意图；

图6是本发明中CCD倾斜后得出反射光线夹角的示意图；

图7是本发明中设置有激光器转轴、横梁转轴和影像感测装置转轴的测距仪的工作示意图；

图8是本发明中测定发射角的算法示意图。

具体实施方式

本发明所提供的测距仪采用一种全新的测距方式，可以便捷有效地测量出两个目标点之间的距离。以激光源为光源点，以第一个目标点为光反射点，以影像感测装置为光接收点，构建构建第一个三角形；以激光源为光源点，以第二个目标点为光反射点，以影像感测装置为光接收点，构建构建第二个三角形；光源点向目标点发射激光，通过影像感测装置分别获得两个反射激光束的反射角，进而获得两束反射激光之间的夹角，当光接收点与光源点之间的距离已知的情况下，就可以利用三角形原理获得两个目标点之间距离，达到测距的目的。

下面参考附图和优选实施例，对本发明技术方案做详细说明。

如图2所示，是本发明中利用一个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的工作示意图。本优选实施例中，激光器201和影像感测装置100在一条直线上；当测定远处目标点206和目标点207之间的距离时，激光器201分别向目标点206和目标点207发射激光束，影像感测装置100捕获目标点206和目标点207反射回来的激光束。

测距仪的结构包括：激光器201、横梁202、影像感测装置100、主板203，以及设置在主板203上的数值运算模块204和显示屏205。其中，激光器201和影像感测装置100固定在横梁202上，激光器201作为光源用于向目标点206和目标点207分别发射激光束；目标点206和目标点207分别反射照射到自身的激光束；影像感测装置100用于捕捉目标点206和目标点207反射回来的激光束，并将两次激光束形成的图像信息发送到数值运算模块204；数值运算模块204接收图像信息，测定图像信息上光点到设定基点之间的距离。数值运算模块204中设定有镜头102中心点到CCD101之间的距离以及镜头102到激光器201之间的距离，数值运算模块204根据光点到设定基点之间的距离和镜头102中心点到CCD101之间的距离得出两组反射激光束的水平夹角。激光束的发射角度根据激光器的实际偏移获得。两束反射激光之间的夹角为每一束反射激光水平夹角之差。所以，根据激光束的发射角、反射角、反射光线之间的夹角和镜头102到激光器201之间的距离可以得出目标点206到目标点207之间的距离。数值运算模块204将目标点206到目标点207之间距离以数据的形式发送到显示屏205进行显示。主板203用于为数值运算模块204和显示屏205提供电路系统。

主板203、数值运算模块204和显示屏205可以设置在横梁202上，其中，显示屏205和数值运算模块204设置在主板203上，数值运算模块204和显示屏205各自可以采用单独的电路，这种情况下主板203可以省略。另外，激光器201、影像感测装置100和主板203也可以设置在专用的外壳或者部件上，这样可以省略此处的横梁202。

为了方便测量，可以为测距仪配置一个起固定作用的支架，通过横梁202将测距仪固定在该支架上。为了有效捕捉反射回来的激光束，可以在镜头102前端设置滤光片，通过滤光片可以有效过滤掉干扰光。

如图3所示，是本发明中利用二个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的工作示意图。本优选实施例相当于图2示例增加了一个激光器208。测量目标点206和目标点207之间的距离时，激光器201向目标点206发射激光束，和目标点207分别发射激光束，激光器208向目标点207发射激光束，目标点206和目标点207分别反射照射到自身的激光束；影像感测装置100捕捉目标点206和目标点207反射回来的激光束，并将两次激光束形成的图像信息发送到数值运算模块204。

两束反射激光之间的夹角依然是每一束反射激光水平夹角之差。所以，根据激光束的发射角、反射角、反射光线之间的夹角，以及镜头102到激光器201之间的距离和镜头102到激光器208之间的距离就可以得出目标点206到目标点207之间的距离。

如图4所示，是本发明中图2示例得出两目标点之间距离的算法示意图。设定目标点206为点C1，目标点207为点C2，激光器201为点B，基线穿过镜头102中心点O，基线和CCD101的垂直交点是设定基点P，C1点反射回来的激光束在CCD101形成光点A1，C2点反射回来的激光束在CCD101形成光点A2，CCD101和线段BO平行；向C1发射的激光束的发射角R5为90°角，向C2发射的激光束的发射角为R1。

激光束的发射角度根据激光器的实际偏移获得，即发射角度＝90°-偏移角度，例如，当偏移角度为0时，发射角度为90，当偏移角度为45°时，发射角度为45°。

当有激光射到CCD101上时，会在CCD101上形成光点，如果激光束在CCD101上形成的光点较大，则取该光点的中心作为点A1或者A2。这样，O、A1、P就会构成一个直角三角形OA1P，O、A2、P就会构成一个直角三角形OA2P。C2、O和B，以及C1、O和B就会构成两个三角形C2OB和C 1OB，其中C 1OB是直角三角形，R5为直角。

由于CCD101和线段BO平行，所以∠OA1P＝R3，R3＝arctgOP/A1P，OP代表线段OP的长度，A1P代表线段A1P的长度；∠OA2P＝R2，R2＝arctgOP/A2P，OP代表线段OP的长度，A2P代表线段A2P的长度。所以，利用CCD101到O的距离、光点A1到设定基点P的距离得到C1反射回来的激光束的水平夹角R3；利用CCD101到O的距离、光点A2到设定基点P的距离得到C2反射回来的激光束的水平夹角R2。R2-R3＝R4，R4为两束反射激光之间的夹角。C1O＝BO/cosR3，线段BO代表激光器201到镜头102中心点O之间的距离，线段C1O代表C1到中心点O之间的距离；已知R1、R2和线段BO，可以得出线段C2O的长度，线段C2O代表C2到中心点O的距离；进而，在已知线段C2O的长度、线段C1O的长度和R4的情况下，就可以得到线段C 1C2的长度，线段C 1C2代表目标点206和目标点207之间的距离。

如图5所示，是本发明中得出图3示例中两目标点之间距离的算法示意图。设定目标点206为点C1，目标点207为点C2，激光器201为点B1，激光器208为点B2，基线穿过镜头102中心点O，基线和CCD101的垂直交点是设定基点P，C1点反射回来的激光束在CCD101形成光点A1，C2点反射回来的激光束在CCD101形成光点A2，CCD101和线段BO平行；向C1发射的激光束的发射角R5为90°角，向C2发射的激光束的发射角为R1。

这样，O、A1、P就会构成一个直角三角形OA1P，O、A2、P就会构成直角三角形OA2P。C2、O和B，以及C1、O和B就会构成两个三角形C2OB和C1OB，其中C1OB是直角三角形，R5为直角。

依据上述原理同样可以得到目标点206和目标点207之间的距离。

如图6所示，是本发明中CCD倾斜后得出反射光线夹角的示意图。当目标点206距离激光器201较近时，激光器201同样以垂直于水平方向发射激光束，由于目标点206或者目标点207反射回来的激光束倾斜较大，激光束有可能打不到CCD101上，使得CCD101不能有效成像。为了解决这个问题，固定影像感测装置100时，预先使影像感测装置100倾斜一定的角度，使得CCD101不再和线段BO平行，而是形成一个小于90°的夹角。本优选实施例中，CCD101和线段BO之间的夹角为45°角。按照图4和图5示例方法建立三角关系，线段OA1的延长线和水平线的交点为Q。设定此时得到的C 1反射激光束和倾斜后的CCD101的夹角为∠c，CCD101的倾斜角为∠d(即CCD101和水平线的夹角)，则C1反射激光束水平方向的夹角为∠c-∠d＝R3。同样道理，可以得出R2。

图4至图6描述的算法固化在数值运算模块204中，这样，当数值运算模块204接收到图像信息后立刻就可以得出两点之间的距离，并将该距离数据发送到显示屏205进行显示。

如图7所示，是本发明中设置有激光器转轴703、激光器转轴704、横梁转轴702和影像感测装置转轴701的测距仪的工作示意图。为了进一步便于测量距离和捕捉反射回来的激光束，在横梁202上设置有激光器转轴703、激光器转轴704、横梁转轴702和影像感测装置转轴701；激光器201通过激光器转轴703固定在横梁202上，激光器208通过激光器转轴704固定在横梁202上，激光器201、激光器208通过激光器转轴703、激光器转轴704可以实现水平转动，以便于对准目标点206和目标点207；影像感测装置100通过该影像感测装置转轴701固定在横梁202上，影像感测装置100通过影像感测装置转轴701可以实现水平转动，以便于捕捉反射回来的激光束；测距仪固定在支架上时，测距仪通过横梁转轴602实现垂直方向转动。通过操作激光器转轴703、激光器转轴704、横梁转轴702和影像感测装置转轴701，可以很方便实现对准目标点206、目标点207以及捕捉反射回来的激光束。

如图8所示，是本发明中测定发射角的算法示意图。本发明给出了另外一种得到发射角的技术方案，在激光器201或者激光器208的前端一设定距离处设置一个辅助测距反光透光板801，辅助测距反光透光板801是一个既可以透光又可以反光的镜片。设辅助测距反光透光板801反射激光器208发射激光束的反光点为E，过点E向线段B1B2做垂线，交于点D。辅助测距反光透光板801反射的激光束被影像感测装置100捕获到后，就会得出反射角R6；根据线段ED的长度和角R6可以得到线段OD的长度，由于线段OB2为已知，所以，可以进一步求出线段DB2的长度，最后，根据线段DB2的长度和线段ED的长度可以得出发射角R1。

本优选例中的算法固化在数值运算模块204中。

Claims

1.一种测定两个目标点之间距离的方法，包括第一激光器和影像感测装置，所述影像感测装置包括镜头和图像传感器，其特征在于，包括：

显示屏接收所述距离数据并显示。

2.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：第二激光器向第二目标点发射激光束，所述第一激光器向第一目标点发射激光束；所述数值运算模块根据所述第二反射角、第二发射角和所述第二激光器与镜头之间的距离得出所述镜头到所述第二目标点之间的距离；根据所述反射激光夹角，以及所述镜头到所述第一目标点之间的距离和所述镜头到所述第二目标点之间的距离得到所述第一目标点和第二目标点之间的距离数据，并将所述距离数据发送到所述显示屏。

3.如权利要求2所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：所述第一激光器和第二激光器与镜头之间的距离为第一激光器和第二激光器到所述镜头中心点之间的距离。

4.如权利要求2所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：所述第一发射角或者第二发射角为直角。

5.如权利要求1或者2任一项所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：所述数值运算模块和显示屏设置在所述主板上，所述主板用于为所述数值运算模块和显示屏提供电路。

6.如权利要求1或者2任一项所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：所述激光器和影像感测装置设置在支架的横梁上。

7.如权利要求6所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：所述横梁设置有激光器转轴、横梁转轴和影像感测装置转轴；所述激光器通过所述激光器转轴固定在所述横梁上，所述影像感测装置通过所述影像感测装置转轴固定在所述横梁上，所述横梁通过所述横梁转轴固定在所述支架上。

8.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：设定基线穿过所述镜头中心点O，基线和所述图像传感器的垂直交点是设定基点P，反射回来的激光束在所述图像传感器形成光点A；则所述第一反射＝arctgOP/AP，其中，OP代表线段的长度，AP代表线段AP的长度。

9.如权利要求8所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：当所述图像传感器有倾斜角时，反射激光束水平方向的夹角为所述第一反射角减去所述倾斜角。

10.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的方法，其特征在于：在所述第一激光器的前端一设定距离处设置有辅助测距反光透光板；所述第一激光器发射激光束的发射角根据所述辅助测距反光透光板反射激光束的反射角、所述镜头到所述第一激光器之间的距离和所述设定距离来确定。