CN105444729A - 一种光学远距离测量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学远距离测量的方法，其特征在于：包含以下步骤：使用光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ作为测量光源，其中光线Ⅰ与光线Ⅱ相互平行，光线Ⅲ与光线Ⅳ呈一定夹角；所述夹角的角平分线与光线Ⅱ重合；将光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ照射在被测物体上，再用适当放大倍数并带有分划刻度的望远镜观测被测物体以及在物体上的照射光斑，或者用适当焦距的相机拍摄被测物体及其表面上的照射光斑；通过望远镜中分划板上的刻度测量光斑间距，或直接测量未经编辑变形的照片上的光斑间距；最后通过相应的计算方法得到结果。本发明的优点是：能测量被测物与测量点之间的距离、被测物的长度、高度等尺寸以及被测物体与测量方向的夹角。

Description

一种光学远距离测量的方法
技术领域
本发明涉及光学测量领域。
背景技术
目前能远距离测量距离的设备，主要有激光测距仪和望远镜测距仪。前者采用的方法是通过测量光往返于测量设备和被测物体的时间，再应用已知的空气中的光速来计算出测量距离；后者采用的方法是通过在望远镜内安装带刻度的分划板，并根据观察到的常见物体的尺寸和在望远镜内的影像占据的刻度尺寸来按比例估算距离，同时也可估算观察到的其他物体的高度或长度尺寸。由于激光测距仪需要接收反射回来的光，所以被测物体表面需要与测量时发出的光基本垂直，并且其表面要有一定的反光性能。这就限制了其使用范围和操作的便捷性。望远镜测距仪(测距望远镜)需要估计一个目标物的尺寸，并做等比例计算，实际并不能准确测量距离。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能远距离测量标的物的尺寸，又能测量与标的物的距离的光学测量的方法。
本发明提出了一种光学远距离测量的方法，包含以下步骤：使用光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ作为测量光源，其中光线Ⅰ与光线Ⅱ相互平行，光线Ⅲ与光线Ⅳ呈一定夹角；所述夹角的角平分线与光线Ⅱ重合；将光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ照射在被测物体上，光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ在被测物体上的照射光斑的连线须与所被测量的线段相互平行；再用适当放大倍数并带有分划刻度的望远镜观测被测物体以及在物体上的照射光斑，或者用适当焦距的相机拍摄被测物体及其表面上的照射光斑；通过望远镜中分划板上的刻度测量光斑间距，或直接测量未经编辑变形的照片上的光斑间距；最后通过相应的计算方法得到结果；为清楚的表述计算方法，定义：光线Ⅰ与光线Ⅱ的间距为L；光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的距离为F；光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角为2*A；被测物体表面与光线Ⅰ或光线Ⅱ的垂直面的夹角为B；经过望远镜的分划板刻度或由未经编辑变形照片上直接测量的：被测物体尺寸为H、光线Ⅰ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的间距为a、光线Ⅲ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的间距为b、光线Ⅳ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的间距为c；所述的计算方法如下：
①当光线Ⅰ或光线Ⅱ与被测物体基本垂直时，被测物体的实际尺寸为：L*H/a；光线Ⅲ与
光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的实际尺寸为：L*b/a；光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交
点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的实际距离为F＝(L*b/a)*ctgA；
②当光线Ⅰ或光线Ⅱ与被测物体不垂直，而是与其垂直面有一定夹角B时，夹角B可以通过
c/b＝tgA*(cosB+sinB*tg(A+B))*(sinB+cosB/tgA)公式计算得出；被测物体的实际
尺寸为：(L*H/a)/cosB；
光线Ⅲ或光线Ⅳ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；
光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的实际距离为F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。
进一步的，测量光源还可以包含光线Ⅴ与光线Ⅵ；所述的光线Ⅴ与光线Ⅵ成一定角度2*A1，所述角度的角平分线与光线Ⅰ或光线Ⅱ重合；光线Ⅴ与光线Ⅵ所在的平面同光线Ⅲ与光线Ⅳ所在的平面成一确定角度。
本发明的有益效果是：
⑴不仅能够测量被测物与测量点之间的距离、同时还能测量被测物的长度、高度等尺寸以及被测物体与测量方向的夹角。
⑵采用了确定间距的光线、以及确定发射张角的发射光束对被测物体进行照射、标定，使得测量结果更加准确。
附图说明
附图1为当光线Ⅰ与光线Ⅱ与被测物体表面垂直情况时的光路示意图。
附图2为当光线Ⅰ与光线Ⅱ与被测物体表面不垂直时的光路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明做进一步的阐述。
如图1、图2所示，一种光学远距离测量的方法，包含以下步骤：使用光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ作为测量光源，其中光线Ⅰ与光线Ⅱ相互平行，光线Ⅲ与光线Ⅳ呈一定夹角；所述夹角的角平分线与光线Ⅱ重合；将光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ照射在被测物体上，使光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ在被测物体上的照射光斑的连线须与所被测量的线段相互平行，再用适当放大倍数并带有分划刻度的望远镜观测被测物体以及在被测物体上的照射光斑，或者用适当焦距的相机拍摄被测物体及其表面上的照射光斑；通过望远镜中分划板上的刻度测量光斑间距，或直接测量未经编辑变形的照片上的光斑间距；最后通过相应的计算方法得出结果；为清楚的表述计算方法，定义：光线Ⅰ与光线Ⅱ的间距O1-O2段为L；光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的O1-M段距离为F；光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角为2*A；被测物体表面与光线Ⅰ或光线Ⅱ的垂直面的夹角为B；经过望远镜的分划板刻度或由未经编辑变形照片上直接测量的：被测物体尺寸为H、光线Ⅰ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的M-N段间距为a、光线Ⅲ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的P-M段间距为b、光线Ⅳ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的M-Q段间距为c；所述的计算方法如下：
①当光线Ⅰ与光线Ⅱ与被测物体基本垂直时，被测物体的实际尺寸为：L*H/a；光线Ⅲ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的P-M段实际尺寸为：L*b/a；光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的O1-M段实际距离为F＝(L*b/a)*ctgA；
②当光线Ⅰ与光线Ⅱ与被测物体不垂直，而是与其垂直面有一定夹角B时，由于在远距离情况下从望远镜的分划板或从照片直接测得的P-M段及M-N段尺寸近似为投影尺寸，具有纵深的三维场景也被成像到一个平面上，纵向的尺寸被压缩为零，也即是在测量光源处从望远镜中看P-M段光斑尺寸与P-M1段尺寸是相等的，M-N段光斑尺寸与M-N1段尺寸也是相等的，因此,M-N1段尺寸与P-M1段尺寸之比同M-N段尺寸与P-M段尺寸之比相等，故夹角B可以通过c/b＝tgA*(cosB+sinB*tg(A+B))*(sinB+cosB/tgA)公式计算得出，式中只有B一个未知数，可借助计算机求得结果；另外，被测物体的实际尺寸为：(L*H/a)/cosB；
光线Ⅲ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的P-M段实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；
光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的O1-M段实际距离为F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。
进一步的，测量光源还可以包含光线Ⅴ与光线Ⅵ；所述的光线Ⅴ与光线Ⅵ成一定角度2*A1，所述角度的角平分线与光线Ⅰ或光线Ⅱ重合；光线Ⅴ与光线Ⅵ所在的平面同光线Ⅲ与光线Ⅳ所在的平面成一确定角度；在实际测量时，对于平行于被测物体上光线Ⅲ与光线Ⅳ照射光斑连线方向的被测线段，或平行于被测物体上Ⅴ与光线Ⅵ照射光斑连线方向的被测线段线段能够同时测得；计算方法与上述方法相同，对于平行于被测物体上光线Ⅴ与光线Ⅵ的照射光斑连线的所测线段的计算，只需要将以上计算公式中的A对应换为A1即可。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光学远距离测量的方法，其特征在于：包含以下步骤：使用光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ作为测量光源，其中光线Ⅰ与光线Ⅱ相互平行，光线Ⅲ与光线Ⅳ呈一定夹角；所述夹角的角平分线与光线Ⅱ重合；将光线Ⅰ、光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ照射在被测物体上，光线Ⅱ、光线Ⅲ与光线Ⅳ在被测物体上的照射光斑的连线须与所被测量的线段相互平行；再用适当放大倍数并带有分划刻度的望远镜观测被测物体以及在物体上的照射光斑，或者用适当焦距的相机拍摄被测物体及其表面上的照射光斑；通过望远镜中分划板上的刻度测量光斑间距，或直接测量未经编辑变形的照片上的光斑间距；最后通过相应的计算方法得到结果；为清楚的表述计算方法，定义：光线Ⅰ与光线Ⅱ的间距为L；光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的距离为F；光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角为2*A；被测物体表面与光线Ⅰ或光线Ⅱ的垂直面的夹角为B；经过望远镜的分划板刻度或由未经编辑变形照片上直接测量的：被测物体尺寸为H、光线Ⅰ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的间距为a、光线Ⅲ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的间距为b、光线Ⅳ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的间距为c；所述的计算方法如下：
①当光线Ⅰ或光线Ⅱ与被测物体基本垂直时，被测物体的实际尺寸为：L*H/a；光线Ⅲ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的实际尺寸为：L*b/a；光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的实际距离为F＝(L*b/a)*ctgA；
②当光线Ⅰ或光线Ⅱ与被测物体不垂直，而是与其垂直面有一定夹角B时，夹角B可以通过c/b＝tgA*(cosB+sinB*tg(A+B))*(sinB+cosB/tgA)公式计算得出；被测物体的实际尺寸为：(L*H/a)/cosB；
光线Ⅲ或光线Ⅳ与光线Ⅱ在被测物体上照射光斑的实际尺寸为：(L*b/a)/cosB；
光线Ⅱ由光线Ⅲ与光线Ⅳ的夹角交点处到光线Ⅱ在被测物体上光斑的实际距离为F＝(L*b/a)*(ctgA+tgB)。
2.根据权利要求1所述的一种光学远距离测量的方法，其特征在于：测量光源还可以包含光线Ⅴ与光线Ⅵ；所述的光线Ⅴ与光线Ⅵ成一定角度2*A1，所述角度的角平分线与光线Ⅰ或光线Ⅱ重合；光线Ⅴ与光线Ⅵ所在的平面同光线Ⅲ与光线Ⅳ所在的平面成一确定角度。
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