CN103090845B - 一种基于多影像的远程测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多影像的远程测距方法，该方法根据来自测距客户端的被测物定位指令控制云台，调整光学变焦摄像机，将采集被测物的图像发送给控制中心；根据来自测距客户端的目标点定位指令控制云台，调整光学变焦摄像机，通过云台返回测量点与被测物目标点连线相对基准线的角度值发送给控制中心；根据测量点与被测物目标点连线相对于基准线的角度值及两个测量点之间的距离得到被测物两端目标点之间的距离。本发明采用可控云台与网络视频相结合的方式，无需采用激光测距仪，在测距客户端通过鼠标的点选即可完成工地现场被测物的测距工作，方便用户在远程对工地现场实时状况的监管。

Description

一种基于多影像的远程测距方法
技术领域
本发明属于测量技术及视频监控领域，尤其涉及一种基于多影像的远程测距方法。
背景技术
建筑行业是我国国民经济的重要物质生产部门和支柱产业之一，同时，建筑业也是一个安全事故多发的高危行业，所以必须加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量。目前提高建筑工程智能化监管的方法是在工地现场安装布置摄像头，在对工程实施全景监控的情况下，常常需要进行现场建筑物、建筑设备的测量工作。传统的人工测量方法利用皮尺或钢卷尺进行测量，但是存在耗时耗力、易受人为影响、测量人员的安全没有保障等问题。
随之而来的是激光测距仪的出现，但是仍然存在许多不足，比如长距离测量时，激动点易受距离和光线影响不容易看清；施工现场测量时危险性较高；现场测量不易于工程的长期监管及人员的灵活调度；测量结果不能实时更新显示。基于这些问题，出现了基于激光测距与视频网络相结合的方法，用户在客户端通过远端摄像机查看现场情况，通过摄像机与两个目标点的距离及偏转角度返回被测量物体的长度值，这在一定程度上改善了现场测量的安全性及智能远程监控的问题，但是具备激光测距功能的摄像机或激光测距传感器成本比较高，而且工地现场为了实现全景监控常常布置大量的摄像头以解决监控死角的情况，这样在一定程度上提高了工地现场测量的成本，不适合大规模现场实施。
发明内容
本发明的目的在于针对目前工地现场远程测距存在的人工测量耗时耗力、危险性高，用激光测距仪测距激光点不易看清、成本高等缺陷，提供一种基于多影像的远程测距方法及系统，以提高远程测距的效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于多影像的远程测距方法，该方法在远程测距系统上实现，远程测距系统包括：测距客户端、控制中心、两个云台和两个光学变焦摄像机，两个光学变焦摄像机分别承载在两个云台上，两个云台均通过局域网与控制中心相连，控制中心通过广域网或者局域网与测距客户端相连；该方法包括如下步骤： 
步骤1：将两个云台安装在工地现场一条水平线上，测量两个云台之间距离标记为                                                ；云台上承载光学变焦摄像机，设定两个光学变焦摄像机的基准线；在控制中心注册工地现场测距设备，接入远端测距客户端；
步骤2：测距客户端通过控制中心发送定位指令给云台，使云台控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物第一目标点，返回此时光学变焦摄像机相对于基准线的偏转角度值，得到第一目标点(M点)三维坐标M(x1,y1,z1)；该步骤由以下子步骤来实现：
（2.1）两个光学变焦摄像机采集的视频流经过局域网发送到控制中心；
（2.2）测距客户端通过广域网或者局域网访问控制中心，将工地现场监测视频显示在测距客户端的窗口，发送被测物定位指令到控制中心；
（2.3）控制中心将被测物定位指令发送给云台，控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物，将采集的被测物的图像经局域网发送给控制中心；
（2.4）测距客户端通过广域网或者局域网访问控制中心，将采集的被测物的图像显示在测距客户端的窗口，发送目标点定位指令到控制中心；
（2.5）控制中心将目标点定位指令发送给云台，控制其承载的光学变焦摄像机转向第一目标点（M点），通过两个云台分别返回将光学变焦摄像机对准第一目标点时光学变焦摄像机相对于基准线的角度偏转值；所述将光学变焦摄像机对准第一目标点指将光学变焦摄像机转到将第一目标点显示在测距客户端视频画面的中心点时相对于基准线的角度偏转值；角度偏转值包括上下仰角和左右转角；
（2.6）在控制中心计算得到第一目标点(M点)三维坐标M(x1,y1,z1)；具体如下：设定第一摄像机坐标为（0,0,0），第二摄像机坐标为（0,,0），是两者之间的距离；计算公式如下：
，
，
，
其中：
A是第一摄像机对第一目标点（M点）的转角；B是第二摄像机对第一目标点（M点）的转角；C1是第一摄像机对第一目标点（M点）的仰角，C2是第二摄像机对第一目标点（M点）的仰角；
步骤3：测距客户端通过控制中心发送定位指令给云台，使云台控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物第二目标点(N点)，返回此时光学变焦摄像机相对于基准线的偏转角度值，得到第二目标点三维坐标N(x2,y2,z2)；具体步骤及公式同步骤2；
步骤4：在控制中心，根据步骤2得到的M(x1,y1,z1)和步骤3得到的N(x2,y2,z2)最终可得被测物两个目标点（MN）之间的距离d；具体公式如下： 
 ；
步骤5：测距客户端访问控制中心，显示最终被测物两目标点之间的距离，并可进行被测物距离校正；所述距离校正指可通过设定标准被测物，对标准被测物进行基于本方法的测量，得到两个目标点的距离与标准测距物两个目标点实际距离之间的偏差值，通过偏差值进行校正，提高测量精度。
本发明的有益效果是：本发明基于多影像的远程测距方法采用可控云台与网络视频相结合的方式，无需采用激光测距仪，在测距客户端通过鼠标的点选即可完成工地现场被测物的测距工作，方便用户在远程对工地现场实时状况的监管。本发明远程测距系统根据来自远端设备的指令对被测物进行图像采集、目标点定位以及目标点测量，从而支持用户在远程对被测物的测量，便于测量的控制和实现。 
附图说明
图1是本发明的基于多影像的远程测距方法的一个实施例的流程图； 
图2是本发明的基于多影像的远程测距系统的一个实施例的示意图；
图3是本发明的基于多影像的远程测距系统的一个实施例的结构图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
本发明基于多影像的远程测距方法在图2所示的远程测距系统上实现，远程测距系统包括：测距客户端、控制中心、两个云台和两个光学变焦摄像机，两个光学变焦摄像机分别承载在两个云台上，两个云台均通过局域网与控制中心相连，控制中心通过广域网或者局域网与测距客户端相连。
光学变焦摄像机：本系统所需光学变焦摄像机可以由可控的高清光学变焦摄像机来实现，本系统需要两台光学变焦摄像机，分别由云台承载，并且由云台控制其转向，用于采集工地现场被测物的图像。
云台：本系统所需云台由具有角度回传及定位功能的云台来实现，本系统需要两个云台，两个云台安装在一条水平线上，水平距离固定并且已知。云台的作用是根据接收的被测物定位指令和目标点定位指令控制承载的光学变焦摄像机的指向，以返回当光学变焦摄像机正对被测物目标点时相对于基准线的偏转角度值。
控制中心：可以由PC机来实现，用于控制云台和测距客户端之间的信令转发、数据转发以及视频转发，工地现场测距设备的注册、管理，测距客户端的动态接入，距离计算等。控制中心包括两部分：视频转发模块和控制处理模块，如图3所示。视频转发模块接收并存储由两个光学变焦摄像机采集的工地现场图像，测距客户端可以实时访问存储在视频转发模块的视频流。控制处理模块接收测距客户端产生的被测物定位指令和目标点定位指令，发送给云台；接收云台返回的光学变焦摄像机相对于基准线的偏转角度值；被测物两目标点之间距离的计算。
测距客户端：可以由普通PC机来实现，通过广域网或者局域网访问控制中心，显示工地现场图像；发送被测物定位指令给控制中心，通过云台控制光学变焦摄像机转向被测物；发送目标点定位指令给控制中心，通过云台控制光学变焦摄像机指向被测物目标点，此时目标点位于测距客户端视频监控画面的中心；显示控制中心计算得到的被测物两个目标点之间的距离，实时监测现场施工情况。
如图1所示，该方法包括如下步骤： 
步骤1：将两个云台安装在工地现场一条水平线上，测量两个云台之间距离标记为；云台上承载光学变焦摄像机，设定两个光学变焦摄像机的基准线；在控制中心注册工地现场测距设备，接入远端测距客户端。
两个云台之间的距离可以通过卷尺、钢尺等人工测量，或者利用云台的定位功能，通过定位的经度、维度、高度值计算获得，也可以用激光测距仪及其他工程方法测得。
步骤2：测距客户端通过控制中心发送定位指令给云台，使云台控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物第一目标点，返回此时光学变焦摄像机相对于基准线的偏转角度值，得到第一目标点(M点)三维坐标M(x1,y1,z1)。
2.1 两个光学变焦摄像机采集的视频流经过局域网发送到控制中心。
2.2测距客户端通过广域网或者局域网访问控制中心，将工地现场监测视频显示在测距客户端的窗口，发送被测物定位指令到控制中心。
2.3 控制中心将被测物定位指令发送给云台，控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物，将采集的被测物的图像经局域网发送给控制中心。
2.4 测距客户端通过广域网或者局域网访问控制中心，将采集的被测物的图像显示在测距客户端的窗口，发送目标点定位指令到控制中心。
2.5 控制中心将目标点定位指令发送给云台，控制其承载的光学变焦摄像机转向第一目标点（M点），通过两个云台分别返回将光学变焦摄像机对准第一目标点（M点）时光学变焦摄像机相对于基准线的角度偏转值。
所述将光学变焦摄像机对准第一目标点指将光学变焦摄像机转到将第一目标点显示在测距客户端视频画面的中心点时相对于基准线的角度偏转值。角度偏转值包括上下仰角和左右转角。
2.6 在控制中心计算得到第一目标点(M点)三维坐标M(x1,y1,z1)。
具体含义为：设定第一摄像机坐标为（0,0,0），第二摄像机坐标为（0,,0），是两者之间的距离。计算公式如下：
，
，
，
其中：
A是第一摄像机对第一目标点（M点）的转角；B是第二摄像机对第一目标点（M点）的转角；C1是第一摄像机对第一目标点（M点）的仰角，C2是第二摄像机对第一目标点（M点）的仰角。由此公式可得M(x1,y1,z1)。
步骤3：测距客户端通过控制中心发送定位指令给云台，使云台控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物第二目标点(N点)，返回此时光学变焦摄像机相对于基准线的偏转角度值，得到第二目标点(N点)三维坐标N(x2,y2,z2)。具体步骤及公式同步骤2。
步骤4：在控制中心，根据步骤2得到的M(x1,y1,z1)和步骤3得到的N(x2,y2,z2)最终可得被测物两个目标点（MN）之间的距离d。具体公式如下：
 
步骤5：测距客户端访问控制中心，显示最终被测物两目标点之间的距离，并可进行被测物距离校正。
所述距离校正指可通过设定标准被测物，对标准被测物进行基于本方法的测量，得到两个目标点的距离与标准测距物两个目标点实际距离之间的偏差值，通过偏差值进行校正，提高测量精度。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (1)

1.一种基于多影像的远程测距方法，该方法在远程测距系统上实现，远程测距系统包括：测距客户端、控制中心、两个云台和两个光学变焦摄像机，两个光学变焦摄像机分别承载在两个云台上，两个云台均通过局域网与控制中心相连，控制中心通过广域网或者局域网与测距客户端相连；其特征在于，该方法包括如下步骤： 
步骤1：将两个云台安装在工地现场一条水平线上，测量两个云台之间距离标记为                                                ；云台上承载光学变焦摄像机，设定两个光学变焦摄像机的基准线；在控制中心注册工地现场测距设备，接入远端测距客户端；
步骤2：测距客户端通过控制中心发送定位指令给云台，使云台控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物第一目标点，返回此时光学变焦摄像机相对于基准线的偏转角度值，得到第一目标点(M点)三维坐标M(x1,y1,z1)；该步骤由以下子步骤来实现：
（2.1）两个光学变焦摄像机采集的视频流经过局域网发送到控制中心；
（2.2）测距客户端通过广域网或者局域网访问控制中心，将工地现场监测视频显示在测距客户端的窗口，发送被测物定位指令到控制中心；
（2.3）控制中心将被测物定位指令发送给云台，控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物，将采集的被测物的图像经局域网发送给控制中心；
（2.4）测距客户端通过广域网或者局域网访问控制中心，将采集的被测物的图像显示在测距客户端的窗口，发送目标点定位指令到控制中心；
（2.5）控制中心将目标点定位指令发送给云台，控制其承载的光学变焦摄像机转向第一目标点（M点），通过两个云台分别返回将光学变焦摄像机对准第一目标点时光学变焦摄像机相对于基准线的角度偏转值；所述将光学变焦摄像机对准第一目标点指将光学变焦摄像机转到将第一目标点显示在测距客户端视频画面的中心点时相对于基准线的角度偏转值；角度偏转值包括上下仰角和左右转角；
（2.6）在控制中心计算得到第一目标点(M点)三维坐标M(x1,y1,z1)；具体如下：设定第一摄像机坐标为（0,0,0），第二摄像机坐标为（0,,0），是两者之间的距离；计算公式如下：
，
，
，
其中：
A是第一摄像机对第一目标点（M点）的转角；B是第二摄像机对第一目标点（M点）的转角；C1是第一摄像机对第一目标点（M点）的仰角，C2是第二摄像机对第一目标点（M点）的仰角；
步骤3：测距客户端通过控制中心发送定位指令给云台，使云台控制其承载的光学变焦摄像机转向被测物第二目标点(N点)，返回此时光学变焦摄像机相对于基准线的偏转角度值，得到第二目标点三维坐标N(x2,y2,z2)；具体步骤及公式同步骤2；
步骤4：在控制中心，根据步骤2得到的M(x1,y1,z1)和步骤3得到的N(x2,y2,z2)最终可得被测物两个目标点（MN）之间的距离d；具体公式如下： 
 ；
步骤5：测距客户端访问控制中心，显示最终被测物两目标点之间的距离，并进行被测物距离校正；所述距离校正指通过设定标准被测物，对标准被测物进行基于本方法的测量，得到两个目标点的距离与标准测距物两个目标点实际距离之间的偏差值，通过偏差值进行校正，提高测量精度。
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