CN104207398A - 电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽及数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于作业安全装备与作业质量监管装置技术领域，是电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽及数据采集方法，包括帽本体、摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机、微控制器和电源，摄像机固定在帽本体的一侧，用以采集作业的视场影像，激光标示器固定在摄像机的上方，用以通过矩形激光标示摄像机的视场范围；照明灯固定在帽本体的前部，环境光传感器固定在帽本体的前部，麦克风和耳机为一体式结构，固定在帽本体的另一侧，微控制器固定在帽本体的后部，包括微控制器以及与微控制器集成的扩展存储器、卫星定位器和接口，电源固定在所述帽本体的后部。本发明结构简单，可以有效消除作业监护人的关键信息缺失。

Description

电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽及数据采集方法

技术领域

本发明属于作业安全装备与作业质量监管装置技术领域，涉及一种安全帽，具体的说是电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽及数据采集方法。 

背景技术

众所周知，现场标准化作业的核心三要素是安全、质量及效率，有效的监管手段及机制，是三要素“落地”的根本保障。近年来，电力、煤矿等典型行业大力推行现场标准化作业，并积极引用现代科技辅助手段，对改善安全生产状况起到了一定的效果，但限于智能辅助手段体系欠充分，导致作业现场三要素管控机制一直没能有效健全，严重制约了企业的可持续发展。 

目前，应用智能装备技术手段推进现场标准化作业监管，供电企业生产现场管理方法具有典型的代表性。其方法要点是，依据《GB26859-2011电力安全工作规程(电力线路部分)》的工作监护制要求，设置现场监护人若干名，每位现场施工人员均在监护人监管下工作。现场监护人可手持专用PDA，采集现场信息，发布指令，实时监管现场施工的安全、质量及效率。 

检索发现，申请号为201220415314.4的中国专利申请公开了《信息化自动摄像安全帽及应用其的智能施工管理系统》，本实用新型公开了一种信息化自动摄像安全帽，包括安全帽本体，其帽沿上箍设有安装支架，安装支架的前部设有内装有无线信号发射电路的控制盒、与控制盒电联接的摄像头和可外接数据存储器的数据储存模块，安全帽本体的前部设有可拆装的主照明灯，控制盒和主照明灯上均设有电源接口。本实用新型还公开了应用了上述安全帽的智能施工管理系统。本实用新型的安全帽利用摄像头进行拍摄录像，控制盒将之处理成无线信号发射出去，与外界实时通信，并且储存数据。本实用新型的管理系统可与信息化自动摄像安全帽配套使用。本实用新型可广泛应用于现场工程中，提高监理质量。 

以上现有专利和现有供电企业的生产现场管理主要存在如下关键问题： 

⑴护人员对关键信息的采集缺失。绝大多数情况下，施工人员面对作业对象，监护人处于施工人员的背后且有一定距离，导致监护人难以直接、全面观察到施工人员面对的关键作业点，监管实效大打折扣。 

⑵监护人与施工人员语音交互不畅。施工人员常处于高空作业，传统便携对 讲系统，施工人员作业过程中，难以再腾出手进行操作，及时语音交互极为不便。 

⑶施工人员个人防护欠缺。现行工作方法中，只有监护人可配备高精度卫星定位器，配合电力设备GIS(Geographic Information System，地理信息系统)，实现高危区域进入告警。而施工人员均没有配备，导致施工人员在进入高危作业区域工作时，没有得到预先告警，存在重大安全隐患。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽及数据采集方法，可以实现激光标示成像角与摄像机视场角的智能同步，实现摄制图像的所得即所见，可有效消除监护人信息缺失。 

本发明解决以上技术问题的技术方案是： 

电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，包括帽本体、摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机、微控制器和电源，摄像机固定在帽本体的一侧，用以采集作业的视场影像；激光标示器平行固定在摄像机的附近，用以通过矩形激光标示摄像机的视场范围；麦克风和耳机固定在帽本体的另一侧，用以拾音和放音；照明灯固定在帽本体的前部，用以为摄像机视场提供辅助照明；环境光传感器固定在帽本体的前部，并通过微控制器与照明灯的开关连接，用以自动控制辅助照明灯的开启和关闭；微控制器固定在帽本体的后部，其具有集成的扩展存储器、卫星定位器和接口，用以智能管理摄像机、激光标示器、麦克风和耳机以及作业人员的现场地理位置信息；电源固定在所述帽本体的后部，用以为摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机和微控制器供电； 

摄像机含有实现其变焦的第一变焦电机，用以在手动开关的驱动下改变摄像机的焦距；激光标示器含有实现其变焦的第二变焦电机，用以受控于所述微控制器改变其焦距，实现激光标示成像角与摄像机视场角成像同步拟合；第一变焦电机和第二变焦电机都与微控制器通信连接，微控制器用以将获取的摄像机变焦信号根据下式转成激光标示器的变焦信号发送给第二变焦电机： 

$V_b=\frac{S_b*F_b}{S_a*F_a}*V_a-\frac{S_b*F_b-S_a*F_b}{S_a}$

其中V_a是摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位为毫米；V_b是激光标识器透 镜与激光灯的距离，单位为毫米；S_a是CCD对角线的长度，单位为毫米；S_b是矩形激光灯对角线的长度，单位为毫米；F_a是摄像机透镜组的等效焦距，单位为毫米；F_b是激光标识器透镜的焦距，单位为毫米。 

电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽的数据采集方法，按以下步骤进行， 

㈠打开电源，接通摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机和微控制器，手动开关控制摄像机进行变焦，并将摄像机变焦数字信号发送至微控制器； 

㈡设定摄像机与矩形激光标识器的宽高比相同，且平行排列，根据等效透镜通过透镜中心的光线方向不变原则，及等角直角三角形关系： 

$\frac{H_a}{U_a}=\frac{S_a}{V_a}$

得到 $H_a=\frac{S_a}{V_a}*U_a...\left(1\right)$

式(1)中： 

H_a为摄像机视场对角线的长度，单位：毫米； 

U_a为物距，即被摄物体与摄像机透镜组之间的距离，单位：毫米； 

S_a为CCD对角线的长度，单位：毫米； 

V_a为像距，即摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位：毫米； 

根据透镜成像公式： 

$\frac{1}{F_a}=\frac{1}{U_a}+\frac{1}{V_a}$

得到 $U_a=\frac{F_a*V_a}{V_a-F_a}...\left(2\right)$

式(2)中： 

F_a为焦距，即摄像机透镜组的等效焦距，单位：毫米； 

U_a为物距，即被摄物体与摄像机透镜组之间的距离，单位：毫米； 

V_a为像距，即摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位：毫米； 

将式(2)代入式(1)，得 

$\begin{array}{c}{H}_a=\frac{S_a}{V_a}*\frac{F_a*V_a}{V_a-F_a}\\ =\frac{S_a*F_a}{V_a-F_a}\end{array}...\left(3\right)$

同理，得 

$H_b=\frac{S_b*F_b}{V_b-F_b}...\left(4\right)$

式(3)和式(4)中： 

H_b为激光标识成像对角线的长度，单位：毫米； 

S_a是CCD对角线的长度，单位为毫米，S_b是矩形激光灯对角线的长度，单位为毫米，且设定矩形激光灯源高宽比与摄像机CCD的高宽比一致； 

F_b为焦距，即激光标识器透镜的焦距，单位：毫米； 

V_b为像距，即激光标识器透镜与激光灯的距离，单位：毫米； 

由V_a变化后H_a与H_b应同步拟合，即H_a＝H_b，合并式(3)和式(4)，得： 

$\frac{S_a*F_a}{V_a-F_a}=\frac{S_b*F_b}{V_b-F_b}$

变换上式，得 

S_a*F_a*V_b-S_a*F_a*F_b＝S_b*F_b*V_a-S_b*F_b*Fa 

$V_b=\frac{S_b*F_b}{S_a*F_a}*V_a-\frac{S_b*F_b-S_a*F_b}{S_a}$

㈢根据步骤㈡的计算结果，微控制器发出激光标示器变焦数字信号，驱动激光标示器变焦电机使激光标示器变焦，达到激光标示成像角与摄像机视场角的智能同步，实现光标成像与摄像机视场边缘拟合，摄制图像所得即所见； 

㈣现场视频及音频信号进行实时编码存储在微控制器的存储器或扩展存储器中。 

这样，本发明简单巧妙的将激光标示器设置在摄像机的上方或下方，摄像机的变焦电机在手动开关的驱动下改变摄像机的焦距，同时，摄像机变焦数字信号发送到微控制器，由微控制器产生激光标示器变焦数字信号，驱动激光标示器变焦电机自动变焦，激光标示器发射的矩形光标，其成像与与摄像机视场智能随动拟合，从而实现激光标示成像角与摄像机视场角的智能同步，实现光标成像与摄像机视场边缘拟合，即摄像视场与光标成像同步拟合，达到摄制图像所得即所见的目的。 

本发明进一步限定的技术方案是： 

前述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其中摄像机采用微型高清CCD，激光标示器采用微型矩形激光灯，照明灯采用LED光源，环境光传感器采用基于IC的光电二极管、光敏电阻或光电晶体管。 

前述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其中帽本体的上下左右都固定有燕尾形安装插槽，摄像机、照明灯、麦克风、耳机和微控制器底部都固定有与安装插槽形状相配合的固定插板，摄像机通过固定插板与安装插槽的插接固定在帽本体一侧，照明灯通过固定插板与安装插槽的插接固定在帽本体的前部，麦克风和耳机通过固定插板与安装插槽的插接固定在所述帽本体的另一侧，微控制器通过固定插板与安装插槽的插接固定在所述帽本体的后部。 

前述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其中麦克风和耳机为一体式结构，所述麦克风和耳机的一体式结构通过所述固定插板与安装插槽的插接固定在所述帽本体上。 

前述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其中微控制器为ARM系列处理器，ARM系列处理器可以是TI的Cortex-A15处理器AM5K2Ex、TI的Cortex-A9处理器AM437x或SAMSUNG的Cortex-A8处理器S5PV210。 

前述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其中摄像机固定在帽本体的左侧，麦克风和耳机固定在帽本体的右侧。 

本发明对比已有技术具有以下创新点：⑴使用施工人员头戴摄像机，并实时传输，弥补了监护人的关键监控盲点；⑵使用激光标示器、环境光传感器、辅助照明灯，增强了摄像机的采集精度和准确度；⑶安全帽本体上，模块化集成部署摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机、智能安全帽微控制器及集成的卫星定位器、电源，极大提升了安全帽的综合功效；⑷辅助照明灯的开启、关闭，由环境光传感器自动控制。 

附图说明

图1是本发明的结构俯视图。 

图2是本发明的结构主视图。 

图3是本发明的结构后视图。 

图4是本发明激光标示器与摄像头的智能同步连动系统结构示意图。 

图5是本发明激光标示器与摄像头的工作原理图。 

图6是本发明激光标示器与摄像头的成像原理图。 

具体实施方式

实施例1 

本实施例提供电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，结构如图1-3所示，包括帽本体1、摄像机、激光标示器、照明灯2、环境光传感器、麦克风、耳机、微控制器3和电源，安全帽本体结构及功能，完全符合《安全帽标准(GB2811-2007)》的要求；摄像机固定在帽本体的一侧，用以采集作业的视场影像；激光标示器平行固定在摄像机的上方，用以通过矩形激光标示摄像机的视场范围；照明灯固定在帽本体的前部，用以为摄像机视场提供辅助照明；环境光传感器固定在帽本体的前部，并与照明灯的开关连接，用以自动控制辅助照明灯的开和关；麦克风和耳机为一体式结构，固定在帽本体的另一侧，用以拾音和放音；微控制器固定在帽本体的后部，其具有集成的扩展存储器、卫星定位器和接口， 用以自动控制摄像机、激光标示器、麦克风和耳机以及采集作业人员的现场地理位置信息；电源固定在所述帽本体的后部，用以为摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机和微控制器供电。 

摄像机采用微型高清CCD，插接于智能安全帽本体一侧，采集作业的视场影像；激光标示器采用微型矩形激光灯，可与摄像机一体化设计,以矩形激光标示摄像机的视场范围；辅助照明灯采用LED光源，插接于智能安全帽本体前部，为摄像机视场提供辅助照明；环境光传感器可采用基于IC的单片光电二极管、光敏电阻或光电晶体管等光敏元件，封装插接于智能安全帽本体前部，自动控制辅助照明灯开和关；麦克风、耳机为一体式结构，插接于智能安全帽本体另一侧，高灵敏、定向拾音和放音；智能安全帽微控制器，插接于智能安全帽本体后部，支持智能安全帽系统的自动控制、作业人员的现场地理位置信息采集；微控制器为ARM处理器，如TI的Cortex-A15处理器AM5K2Ex，TI的Cortex-A9处理器AM437x，SAMSUNG的Cortex-A8处理器S5PV210。；电源采用可充电锂电池组，可与智能安全帽微控制器一体化设计，为智能安全帽系统供电。本实施例中，帽本体的上下左右都固定有燕尾形安装插槽4，摄像机、照明灯、麦克风、耳机和微控制器底部都固定有与安装插槽形状相配合的固定插板，摄像机通过固定插板与安装插槽的插接固定在帽本体一侧，照明灯通过固定插板与安装插槽的插接固定在帽本体的前部，麦克风和耳机的一体式结构通过固定插板与安装插槽的插接固定在帽本体上，微控制器通过固定插板与安装插槽的插接固定在所述帽本体的后部。现场视频及音频信号实时编码存储，通过开关实现启、停，开关具备手动和语音控制智能动作，开关的智能动作，通过智能安全帽微控制器控制实现；现场视频及音频信号，可按智能安全帽微控制器的程控预置，智能分段循环存储于安全帽微控制器的扩展存储器中；卫星定位器可支持GPS(Global Positioning System，全球定位系统)或BDS(BeiDouNavigation Satellite System，北斗卫星导航系统)。 

如图4所示，摄像机5含有实现其变焦的第一变焦电机6，用以在手动开关的驱动下改变摄像机的焦距；激光标示器7含有实现其变焦的第二变焦电机8，用以受控于微控制器改变其焦距，实现激光标示成像角与摄像机视场角成像同步拟合；第一变焦电机6和第二变焦电机8都与微控制器通信连接，微控制器用以 将获取的摄像机变焦信号根据下式转成激光标示器的变焦信号发送给第二变焦电机，如图5所示，驱动第二变焦电机实现激光标示成像角与摄像机视场角的智能同步，即摄像视场与光标成像同步拟合，达到摄制图像所得即所见的目的。 

$V_b=\frac{S_b*F_b}{S_a*F_a}*V_a-\frac{S_b*F_b-S_a*F_b}{S_a}$

其中V_a是摄像机透镜组9与CCD之间的距离，单位为毫米；V_b是激光标识器透镜10与激光灯的距离，单位为毫米；S_a是CCD对角线的长度，单位为毫米；S_b是矩形激光灯对角线的长度，单位为毫米；F_a是摄像机透镜组9的等效焦距，单位为毫米；F_b是激光标识器透镜10的焦距，单位为毫米。 

本发明在实施时，现场监护人及施工人员均配备智能安全帽，开启各模块后，监护人可以通过PDA全面监察施工人员的作业，并通过智能安全帽的对讲系统，实时管控施工人员的标准化作业过程；施工人员可以，(1)摄取并传送作业视场的实时清晰图像；(2)通过卫星定位及后台电力GIS，获得预先安全告警；(3)通过智能安全帽的对讲系统，获得监护人对当前作业步骤的安全提示和关键工艺提示；从而充分保障了现场标准化作业“安全、质量、效率”三要素管控的“落地”。 

实施例2 

本实施例是电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽的数据采集方法，按以下步骤进行， 

㈠打开电源，接通摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机和微控制器，手动开关控制摄像机进行变焦，并将摄像机变焦数字信号发送至微控制器； 

㈡如图6所示，设定摄像机与矩形激光标识器的宽高比相同，且平行排列，根据等效透镜通过透镜中心的光线方向不变原则，及等角直角三角形关系： 

$\frac{H_a}{U_a}=\frac{S_a}{V_a}$

得到 $H_a=\frac{S_a}{V_a}*U_a...\left(1\right)$

式(1)中： 

H_a为摄像机视场对角线的长度，单位：毫米； 

U_a为物距，即被摄物体与摄像机透镜组之间的距离，单位：毫米； 

S_a为CCD对角线的长度，单位：毫米； 

V_a为像距，即摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位：毫米； 

根据透镜成像公式： 

$\frac{1}{F_a}=\frac{1}{U_a}+\frac{1}{V_a}$

得到 $U_a=\frac{F_a*V_a}{V_a-F_a}...\left(2\right)$

式(2)中： 

F_a为焦距，即摄像机透镜组的等效焦距，单位：毫米； 

U_a为物距，即被摄物体与摄像机透镜组之间的距离，单位：毫米； 

V_a为像距，即摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位：毫米； 

将式(2)代入式(1)，得 

$\begin{array}{c}{H}_a=\frac{S_a}{V_a}*\frac{F_a*V_a}{V_a-F_a}\\ =\frac{S_a*F_a}{V_a-F_a}\end{array}...\left(3\right)$

同理，得 

$H_b=\frac{S_b*F_b}{V_b-F_b}...\left(4\right)$

式(3)和式(4)中： 

H_b为激光标识成像对角线的长度，单位：毫米； 

S_a是CCD对角线的长度，单位为毫米，S_b是矩形激光灯对角线的长度，单位为毫米，且设定矩形激光灯源高宽比与摄像机CCD的高宽比一致； 

F_b为焦距，即激光标识器透镜的焦距，单位：毫米； 

V_b为像距，即激光标识器透镜与激光灯的距离，单位：毫米； 

由V_a变化后H_a与H_b应同步拟合，即H_a＝H_b，合并式(3)和式(4)，得： 

$\frac{S_a*F_a}{V_a-F_a}=\frac{S_b*F_b}{V_b-F_b}$

变换上式，得 

S_a*F_a*V_b-S_a*F_a*F_b＝S_b*F_b*V_b-S_b*F_b*Fa 

$V_b=\frac{S_b*F_b}{S_a*F_a}*V_a-\frac{S_b*F_b-S_a*F_b}{S_a}$

㈢根据步骤㈡的计算结果，微控制器发出激光标示器变焦数字信号，驱动激光标示器变焦电机使激光标示器变焦，达到激光标示成像角与摄像机视场角的智能同步，实现光标成像与摄像机视场边缘拟合，摄制图像所得即所见； 

㈣现场视频及音频信号进行实时编码存储在微控制器的存储器或扩展存储器中。 

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。 

Claims (7)

1.电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，包括帽本体、摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机、微控制器和电源，其特征在于：所述摄像机固定在所述帽本体的一侧，用以采集作业的视场影像；所述激光标示器平行固定在所述摄像机的附近，用以通过矩形激光标示摄像机的视场范围；所述麦克风和耳机固定在所述帽本体的另一侧，用以拾音和放音；所述照明灯固定在所述帽本体的前部，用以为摄像机视场提供辅助照明；所述环境光传感器固定在所述帽本体的前部，并通过所述微控制器与所述照明灯的开关连接，用以自动控制辅助照明灯的开启和关闭；所述微控制器固定在所述帽本体的后部，其具有集成的扩展存储器、卫星定位器和接口，用以智能管理摄像机、激光标示器、麦克风和耳机以及作业人员的现场地理位置信息；所述电源固定在所述帽本体的后部，用以为摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机和微控制器供电；

所述摄像机含有实现其变焦的第一变焦电机，用以在手动开关的驱动下改变所述摄像机的焦距；所述激光标示器含有实现其变焦的第二变焦电机，用以受控于所述微控制器改变其焦距，实现激光标示成像角与摄像机视场角成像同步拟合；所述第一变焦电机和第二变焦电机都与所述微控制器通信连接，所述微控制器用以将获取的摄像机变焦信号根据下式转成激光标示器的变焦信号发送给所述第二变焦电机：

$V_b=\frac{S_b*F_b}{S_a*F_a}*V_a-\frac{S_b*F_b-S_a*F_b}{S_a}$

其中V_a是摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位为毫米；V_b是激光标识器透镜与激光灯的距离，单位为毫米；S_a是CCD对角线的长度，单位为毫米；S_b是矩形激光灯对角线的长度，单位为毫米；F_a是摄像机透镜组的等效焦距，单位为毫米；F_b是激光标识器透镜的焦距，单位为毫米。

2.如权利要求1所述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其特征在于：所述摄像机采用微型高清CCD，所述激光标示器采用微型矩形激光灯，所述照明灯采用LED光源，所述环境光传感器采用基于IC的光电二极管、光敏电阻或光电晶体管。

3.如权利要求1所述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其特征在于：所述帽本体的上下左右都固定有燕尾形安装插槽，所述摄像机、照明灯、麦克风、耳机和微控制器底部都固定有与所述安装插槽形状相配合的固定插板，所述摄像机通过固定插板与安装插槽的插接固定在帽本体一侧，所述照明灯通过固定插板与安装插槽的插接固定在帽本体的前部，所述麦克风和耳机通过固定插板与安装插槽的插接固定在所述帽本体的另一侧，所述微控制器通过固定插板与安装插槽的插接固定在所述帽本体的后部。

4.如权利要求3所述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其特征在于：所述麦克风和耳机为一体式结构，所述麦克风和耳机的一体式结构通过所述固定插板与安装插槽的插接固定在所述帽本体上。

5.如权利要求1所述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其特征在于：所述微控制器为ARM系列处理器，所述ARM系列处理器为TI的Cortex-A15处理器AM5K2Ex、TI的Cortex-A9处理器AM437x或SAMSUNG的Cortex-A8处理器S5PV210。

6.如权利要求1所述的电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽，其特征在于：所述摄像机固定在所述帽本体的左侧，所述麦克风和耳机固定在所述帽本体的右侧。

7.如权利要求1所述电力可穿戴智能装备中的一种智能安全帽的数据采集方法，其特征在于：按以下步骤进行，

㈠打开电源，接通摄像机、激光标示器、照明灯、环境光传感器、麦克风、耳机和微控制器，手动开关控制摄像机进行变焦，并将摄像机变焦数字信号发送至微控制器；

㈡设定摄像机与矩形激光标识器的宽高比相同，且平行排列，根据等效透镜通过透镜中心的光线方向不变原则，及等角直角三角形关系：

$\frac{H_a}{U_a}=\frac{S_a}{V_a}$

得到 $H_a=\frac{S_a}{V_a}*U_a...\left(1\right)$

式(1)中：

H_a为摄像机视场对角线的长度，单位：毫米；

U_a为物距，即被摄物体与摄像机透镜组之间的距离，单位：毫米；

S_a为CCD对角线的长度，单位：毫米；

V_a为像距，即摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位：毫米；

根据透镜成像公式：

$\frac{1}{F_a}=\frac{1}{U_a}+\frac{1}{V_a}$

得到 $U_a=\frac{F_a*V_a}{V_a-F_a}...\left(2\right)$

式(2)中：

F_a为焦距，即摄像机透镜组的等效焦距，单位：毫米；

U_a为物距，即被摄物体与摄像机透镜组之间的距离，单位：毫米；

V_a为像距，即摄像机透镜组与CCD之间的距离，单位：毫米；

将式(2)代入式(1)，得

$\begin{array}{c}{H}_a=\frac{S_a}{V_a}*\frac{F_a*V_a}{V_a-F_a}\\ =\frac{S_a*F_a}{V_a-F_a}\end{array}...\left(3\right)$

同理，得

$H_b=\frac{S_b*F_b}{V_b-F_b}...\left(4\right)$

式(3)和式(4)中：

H_b为激光标识成像对角线的长度，单位：毫米；

S_a是CCD对角线的长度，单位为毫米，S_b是矩形激光灯对角线的长度，单位为毫米，且设定矩形激光灯源高宽比与摄像机CCD的高宽比一致；

F_b为焦距，即激光标识器透镜的焦距，单位：毫米；

V_b为像距，即激光标识器透镜与激光灯的距离，单位：毫米；

由V_a变化后H_a与H_b应同步拟合，即H_a＝H_b，合并式(3)和式(4)，得：

$\frac{S_a*F_a}{V_a-F_a}=\frac{S_b*F_b}{V_b-F_b}$

变换上式，得

S_a*F_a*V_b-S_a*F_a*F_b＝S_b*F_b*V_a-S_b*F_b*Fa

$V_b=\frac{S_b*F_b}{S_a*F_a}*V_a-\frac{S_b*F_b-S_a*F_b}{S_a}$

㈢根据步骤㈡的计算结果，微控制器发出激光标示器变焦数字信号，驱动激光标示器变焦电机使激光标示器变焦，达到激光标示成像角与摄像机视场角的智能同步，实现光标成像与摄像机视场边缘拟合，摄制图像所得即所见；

㈣现场视频及音频信号进行实时编码存储在微控制器的存储器或扩展存储器中。