CN102445183B - 基于激光与摄像机平行实现的远程测距系统测距激光点的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光与摄像机平行实现的远程测距系统测距激光点的装置及定位方法，本发明采用将测距激光与摄像机光轴平行的方式，通过预先对摄像机预置位的参数标定，实现在摄像机画面中对测距激光点的位置计算及标示，测量者在客户操作端即可观看现场画面，通过摄像机拍摄画面中标示的十字光标交点捕捉到测距激光点，并控制摄像机拍摄画面的中心十字光标交点选取测量起点及测量终点进行测量，同时实现存储备案、叠加视频字幕等功能，从而解决远程测距系统中长量程情况下、强环境光情况下的激光点定位问题。

Description

基于激光与摄像机平行实现的远程测距系统测距激光点的定位方法

技术领域

本发明涉及工程测量及控制应用技术领域，尤其涉及基于网络视频实现的远程测量中激光点的定位方法。

背景技术

远程测距系统采用激光测距与网络视频相结合的方式，实现用户在客户操作端即可观看现场画面，对点选的画面中任意两点间的实际距离进行测定,方便用户在远程对远程测距终端所在地点的任意物体长度、两点距离的测定。实践证明，该系统在工程测量、港口、公路地铁建设测量、农作物长势监管分析、地质安全等方面应用方面具有良好的应用前景。然而在实际应用中，测距激光点在视频画面中目测定位时，经常出现以下问题，对远程测距系统的正常使用造成了比较大的影响;1）量程较长时，即接近100米时，激光点强度减弱，难于捕捉；2）日照强度过高，即照度过高时，激光点与环境光对比不强烈，难于捕捉。因此应进行改进。

发明内容

本发明针对远程测距系统在使用中存在的激光点不易辨识问题，提供一种基于激光与摄像机平行部署实现的远程测距系统测距激光点的定位方法。本发明是通过以下技术方案实现的：本发明的该方法所用的装置设有:a.远程测距终端, b、中心平台,c、测距客户端:

a.远程测距终端设有激光测距传感器、角度传感器、高精度云台、编解码模块、网络模块;激光测距传感器完成对被测物两端的距离采集,高精度云台完成对激光传感器和一体化摄像机的承载,角度传感器实时传递角度值，角度传感器有多种实现方式，包括在云台上加装光栅编码返回角度，或采用多轴的角度传感器在云台上装载,激光测距传感器角度调校装置实现对激光测距传感器的角度微调，校正平行后进行紧固；一体化摄像机完成对被测物的图像采集和激光点的捕捉,测量者通过传送到测距客户端的图像实现对目标的捕捉，计算得到图像中激光点的位置，并用十字光标进行标识，将十字光标分别对准被测物的起始点和终止点，实施测量操作；网络模块负责将采集到的信息通过互联网发送到控制平台上;远程测距终端存储测量数据，并索引视频录像，将测量值叠加于视频字幕;远程测距终端直接被测距客户端连接，实现测距功能，亦提供开发包供第三方应用调用;

b、中心平台实现设备注册、管理功能、控制信令转发、视频转发，测距客户端接入;控制平台将实时测得的数据进行存储;

c、测距客户端: 显示远程测距现场传来的视频和数据，控制远程测距终端的云台转向并聚焦需测定的物体，利用鼠标点取画面中所需测量实际距离的两点,测距客户端显示两点间的实际距离及探头距离该点的实际距离,测距客户端通过中心平台控制远程测距终端或不通过中心平台直接连接远程测距终端进行测量;

其特征在于,采用上述的装置进行定位方法是，首先选定一个镜头预置位;即确定一个焦距，激光测距传感器与摄像机平行放置，光测距传感器与摄像机尽量靠近，要求摄像机镜头光轴在变焦时应保持稳定，不得有过大偏差。通过角度调校装置使测距激光束与摄像机光轴微调校正平行并固定下来，平行校正通过与摄像机垂直的不同距离的两个靶面来实现，在一定物距D处设置靶面，靶面上标示中心点，镜头垂直正对靶面，将靶面中心点调整到镜头画面的中心点,此时激光打在靶面上，测得激光点与靶面中心点的距离L，并在摄像机画面中测得激光点与摄像机画面中心点距离为l及l相对于画面水平线的角度α，计算得到此时镜头焦距f= l×D/L,该焦距下任意物距下的激光点在图像中距离图像中心点距离可利用公式l=f×L/D(其中D通过激光测距传感器的返回值测得；L为恒定值，始终保持不变）算出，l与水平线偏离角度为α，确定画面中激光点所在的位置;远程测距终端记录下该镜头预置位下f值，完成该镜头预置位激光点标定工作,在各种预置位下根据测得的f值，以及角度α 、激光点与镜头中轴距离L，确定测距客户端视频画面中激光点位置，测距客户端视频画面中十字光标交点用来定位实际的激光点，利用视频画面中心十字光标交点选取测量起点及终点，最终返回测量结果。

 本发明的基于激光与摄像机平行实现的远程测距系统测距激光点的装置设有:(a).远程测距终端,( b)、中心平台,(c)、测距客户端。远程测距终端设有摄像机、激光测距传感器、激光测距传感器角度调校装置、角度传感器、高精度云台、编解码模块、网络模块。激光测距传感器完成对被测物两端的距离采集,高精度云台承载激光传感器、角度传感器和摄像机,角度传感器实时传递角度值,激光测距传感器角度调校装置可实现对激光测距传感器的角度微调，校正平行后可进行紧固,摄像机完成对被测物的图像采集；网络模块负责将采集到的信息通过互联网发送到控制平台上。测量者通过传送到测距客户端的图像实现对目标的捕捉，计算得到图像中激光点的位置，并用十字光标进行标识，将十字光标分别对准被测物的起始点和终止点，实施测量操作；网络模块负责将采集到的信息通过互联网发送到控制平台上,远程测距终端可存储测量数据，并可索引视频录像，可将测量值叠加于视频字幕。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提高了远程测距系统的性能和使用效果,使远程测距系统的测量距离及精度极大加长，同时实现了包括正午高强度日光条件及远距离测量时的激光点标示，使远程测距系统形成了全天候全量程远程精确测距能力。本发明采用将测距激光与摄像机镜头光轴同轴的方式，可标定指定焦距下某物距下激光点在视频画面中的对应位置，从而可计算获得该焦距下任意物距时激光点在视频画面中的位置，实现利用摄像机画面的指定点对测距激光点位置的标示，测量者可通过摄像机拍摄画面的十字光标交点捕捉到测距激光点，并控制摄像机拍摄画面的十字光标交点选取测量起点及测量终点进行测量。

附图说明

图1为本发明实施例示意图;

图2为本发明的定位方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明的基于激光与摄像机平行实现的远程测距系统测距激光点的装置设有:a.远程测距终端, b、中心平台,c、测距客户端。

a..远程测距终端。远程测距终端设有激光测距传感器、角度传感器、高精度云台、编解码模块、网络模块。激光测距传感器完成对被测物两端的距离采集,高精度云台完成对激光传感器和一体化摄像机的承载,角度传感器实时传递角度值，角度传感器有多种实现方式，包括在云台上加装光栅编码返回角度，或采用多轴的角度传感器在云台上装载,激光测距传感器角度调校装置可实现对激光测距传感器的角度微调，校正平行后可进行紧固,一体化摄像机完成对被测物的图像采集和激光点的捕捉；测量者通过传送到测距客户端的图像实现对目标的捕捉，计算得到图像中激光点的位置，并用十字光标进行标识，将十字光标分别对准被测物的起始点和终止点，实施测量操作；网络模块负责将采集到的信息通过互联网发送到控制平台上。远程测距终端可存储测量数据，并可索引视频录像，可将测量值叠加于视频字幕。远程测距终端可直接被测距客户端连接，实现测距功能，亦可提供开发包供第三方应用调用

b、中心平台:实现功能包括：设备注册、管理功能、控制信令转发、视频转发，测距客户端接入。控制平台可将实时测得的数据进行存储。

c、测距客户端:显示远程测距现场传来的视频和数据，控制远程测距终端的云台转向并聚焦需测定的物体，利用鼠标点取画面中所需测量实际距离的两点（使视频画面中十字光标交点对准被测点），测距客户端可显示两点间的实际距离及探头距离该点的实际距离（量程）。测距客户端可通过中心平台控制远程测距终端，亦可不通过中心平台直接连接远程测距终端进行测量。

实例

采用测距客户端通过互联网对现场的摄像机、激光测距传感器、高精度云台、摄像机进行操控。首先通过调节云台，使摄像机指向被测物，找到被测物体，再调节云台，将视频画面中十字光标交点打在被测物的起点和终点，通过激光测距仪得到起点与远程测距终端距离a、终点与远程测距终端距离b，通过角度传感器得到起点和远程测距终端连线与终点和远程测距终端连线的夹角α，从而利用余弦定理公式计算出起点和终点间的实际距离L，同时系统可实现对L的字幕叠加、存储及显示。

如图2所示，本发明所述的基于激光与摄像机平行实现的远程测距系统测距激光点的定位方法是:首先选定一个镜头预置位，即可确定一个焦距，激光测距传感器与摄像机平行放置，光测距传感器与摄像机尽量靠近，要求摄像机镜头光轴在变焦时应保持稳定，不得有过大偏差。通过角度调校装置使测距激光束与摄像机光轴微调校正平行并固定下来，平行校正通过与摄像机垂直的不同距离的两个靶面来实现，在一定物距D处设置靶面（如图中靶面P），靶面上标示中心点，镜头垂直正对靶面，将靶面中心点调整到镜头画面的中心点。此时激光会打在靶面上，测得激光点与靶面中心点的距离L，并在摄像机画面中测得激光点与摄像机画面中心点距离为l，(注：l此为小写英文字母)及l相对于画面水平线的角度α，这样可计算得到此时镜头焦距f= l×D/L,该焦距下任意物距下的激光点在图像中距离图像中心点距离可利用公式l=f×L/D(其中D通过激光测距传感器的返回值测得；L为恒定值，始终保持不变）算出,l与水平线偏离角度为α，这样即可确定画面中激光点所在的位置。远程测距终端记录下该镜头预置位下f值，完成该镜头预置位激光点标定工作。如此类推，可完成多个镜头预置位激光点的标定，支撑各种焦距下的激光点位置标定测算。这样，在各种预置位下可根据测得的f值，以及角度α、激光点与镜头中轴距离L，确定测距客户端视频画面中激光点位置，测距客户端视频画面中十字光标交点可用来定位实际的激光点，利用视频画面中心十字光标交点选取测量起点及终点，最终返回测量结果。

本发明将测距激光与摄像机光轴平行射出后，对各个镜头预置位进行了标定，给出焦距f，配合激光测距传感器测出的物距，可准确算出激光点在画面中的位置。这样，无论摄像机如何变焦，在任何量程上的激光点位置都可在摄像机画面上精确标定，当然，这要求摄像机的光轴偏离极小，才能保证精度，无论摄像机如何变焦，光轴不应发射偏离，在CCD上的成像不应失真。

Claims (1)

1.基于激光与摄像机平行实现的远程测距系统测距激光点的定位方法，该方法所用的装置设有:a.远程测距终端, b、中心平台,c、测距客户端:

a.远程测距终端设有激光测距传感器、角度传感器、高精度云台、编解码模块、网络模块;激光测距传感器完成对被测物两端的距离采集,高精度云台完成对激光传感器和一体化摄像机的承载,角度传感器实时传递角度值，角度传感器有多种实现方式，包括在云台上加装光栅编码返回角度，或采用多轴的角度传感器在云台上装载,激光测距传感器角度调校装置实现对激光测距传感器的角度微调，校正平行后进行紧固；一体化摄像机完成对被测物的图像采集和激光点的捕捉,测量者通过传送到测距客户端的图像实现对目标的捕捉，计算得到图像中激光点的位置，并用十字光标进行标识，将十字光标分别对准被测物的起始点和终止点，实施测量操作；网络模块负责将采集到的信息通过互联网发送到控制平台上;远程测距终端存储测量数据，并索引视频录像，将测量值叠加于视频字幕;远程测距终端直接被测距客户端连接，实现测距功能，亦提供开发包供第三方应用调用;

b、中心平台实现设备注册、管理功能、控制信令转发、视频转发，测距客户端接入;控制平台将实时测得的数据进行存储;

c、测距客户端: 显示远程测距现场传来的视频和数据，控制远程测距终端的云台转向并聚焦需测定的物体，利用鼠标点取画面中所需测量实际距离的两点,测距客户端显示两点间的实际距离及探头距离该点的实际距离,测距客户端通过中心平台控制远程测距终端或不通过中心平台直接连接远程测距终端进行测量;

其特征在于,采用上述的装置进行定位方法是，首先选定一个镜头预置位，即确定一个焦距，激光测距传感器与摄像机平行放置，光测距传感器与摄像机尽量靠近，要求摄像机镜头光轴在变焦时应保持稳定，不得有过大偏差，通过角度调校装置使测距激光束与摄像机光轴微调校正平行并固定下来，平行校正通过与摄像机垂直的不同距离的两个靶面来实现，在一定物距D处设置靶面，靶面上标示中心点，镜头垂直正对靶面，将靶面中心点调整到镜头画面的中心点,此时激光打在靶面上，测得激光点与靶面中心点的距离L，并在摄像机画面中测得激光点与摄像机画面中心点距离为l及l相对于画面水平线的角度α，计算得到此时镜头焦距f= l×D/L,该焦距下任意物距下的激光点在图像中距离图像中心点距离可利用公式l=f×L/D算出，l与水平线偏离角度为α，确定画面中激光点所在的位置；远程测距终端记录下该镜头预置位下f值，完成该镜头预置位激光点标定工作，在各种预置位下根据测得的f值，以及角度α 、激光点与镜头中轴距离L，确定测距客户端视频画面中激光点位置，测距客户端视频画面中十字光标交点可用来定位实际的激光点，利用视频画面中心十字光标交点选取测量起点及终点，最终返回测量结果。

 

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