CN109307477A - 位移测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种位移测量系统及方法；中央控制器控制电动云台转动到预设方位；视频摄像机采集包含目标物体的图像数据；中央控制器根据图像数据及系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角，并控制电动云台转动到该测量方位；激光测距传感器采集测量点的位置数据；中央控制器根据位置数据及系统参数，确定测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；当目标物体从初始位置运动到目标位置时，通过该位移测量系统确定当目标物体位于目标位置时，测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；最后中央控制器根据起始位置坐标及目标位置坐标，确定目标物体的位移。本发明简化了位移测量过程，提高了测量结果的精确度。

Description

位移测量系统及方法
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，尤其是涉及一种位移测量系统及方法。
背景技术
现有技术中利用激光测距传感器监测目标物体位移，需要将激光测距传感器对准目标物体的一个或多个位置，获取激光距离并以此计算目标物体的位移和倾斜变化角度。但是，当目标物体发生位移后，激光点位置也会发生偏移，需要人工操作激光测距传感器重新校准到目标物体的原定位置，使得测量过程繁琐且测量误差较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种位移测量系统及方法，以简化位移测量过程，提高测量结果的精确度。
第一方面，本发明实施例提供了一种位移测量系统，包括激光测距传感器、视频摄像机、电动云台及中央控制器及棋盘格；棋盘格设置于目标物体上；激光测距传感器及视频摄像机固定在电动云台上；激光测距传感器、视频摄像机、电动云台分别与中央控制器连接；中央控制器用于控制电动云台转动到预设方位；视频摄像机用于采集包含目标物体的图像数据；中央控制器还用于根据图像数据及预先得到的系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角，并控制电动云台转动到该测量方位；预设的测量点为棋盘格上的预设角点；激光测距传感器用于采集测量点的位置数据；中央控制器还用于根据位置数据及系统参数，确定测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；位移测量系统还用于当目标物体从初始位置运动到目标位置时，确定当目标物体位于目标位置时，测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；中央控制器还用于根据起始位置坐标及目标位置坐标，确定目标物体的位移。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述系统参数包括视频摄像机参数、激光测距传感器参数及电动云台参数；中央控制器还用于根据图像数据及预先得到的视频摄像机参数，确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标；根据起始位置估计坐标及激光测距传感器参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述视频摄像机参数包括视频摄像机基本参数及视频摄像机标定参数；中央控制器还用于根据图像数据，确定测量点在图像数据中的平面坐标；根据平面坐标及视频摄像机基本参数，采用计算机视觉算法确定测量点的视频摄像机成像坐标；根据视频摄像机成像坐标、视频摄像机标定参数及电动云台参数，采用计算机视觉算法确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述中央控制器包括计算机。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述系统还包括信号转换器；信号转换器分别与计算机、激光测距传感器、视频摄像机及电动云台连接；信号转换器用于将激光测距传感器采集的位置数据、视频摄像机采集的图像数据及电动云台的方位角的信息数据转化为计算机能够识别的数据类型。
第二方面，本发明实施例还提供一种位移测量方法，该方法应用于上述位移测量系统中的中央控制器；该方法包括：当目标物体位于初始位置时，控制电动云台转动到预设方位；接收视频摄像机发送的图像数据；图像数据中包含目标物体；根据图像数据及预先得到的系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角；控制电动云台转动到测量方位；预设的测量点为棋盘格上的预设角点；接收激光测距传感器发送的位置数据；根据位置数据及系统参数，确定测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；当目标物体从初始位置运动到目标位置时，确定测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；根据起始位置坐标及目标位置坐标，确定目标物体的位移。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述系统参数包括视频摄像机参数、激光测距传感器参数及电动云台参数；上述根据图像数据及预先得到的系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角的步骤，包括：根据图像数据及预先得到的视频摄像机参数及电动云台参数，确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标；根据起始位置估计坐标及激光测距传感器参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，上述视频摄像机参数包括视频摄像机基本参数及视频摄像机标定参数；上述根据图像数据及预先得到的视频摄像机参数及电动云台参数，确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标的步骤，包括：根据图像数据，确定测量点在图像数据中的平面坐标；根据平面坐标及视频摄像机基本参数，采用计算机视觉算法确定测量点的视频摄像机成像坐标；根据视频摄像机成像坐标、视频摄像机标定参数及电动云台参数，采用计算机视觉算法确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，上述视频摄像机标定参数包括成像中心点空间坐标；成像中心点空间坐标为电动云台的方位角为0时，视频摄像机的成像中心点在预设的空间坐标系中的坐标；电动云台参数包括电动云台的方位角；方位角包括水平旋转角及竖直旋转角；上述根据视频摄像机成像坐标、视频摄像机标定参数及电动云台参数，采用计算机视觉算法确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标的步骤，包括：通过下述方程式计算测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标：
P1'＝Ry(-β)Rx(-α)T(-P0”)P1
其中，P0”＝Rx(α)Ry(β)P0'， P1'为起始位置估计坐标；P0'为成像中心点空间坐标；β为当前的水平旋转角，α为当前的竖直旋转角；Px，Py，Pz分别表示P0”的x坐标、y坐标及z坐标。
结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，上述激光测距传感器参数包括激光发射点坐标；激光发射点坐标为电动云台的方位角为0时，激光测距传感器的激光发射点在预设的空间坐标系的坐标；上述根据起始位置估计坐标及激光测距传感器参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角的步骤，包括：通过下述方程式计算电动云台的测量方位的方位角：
P1'＝Ry(-β1)Rx(-α1)T(-P2”)Pt
其中，P2”＝Rx(α1)Ry(β1)P2'， P2'为激光发射点坐标；β1为待计算的测量方位的水平旋转角，α1为待计算的测量方位的竖直旋转角；P1x，P1y，P1z分别表示P2”的x坐标、y坐标及z坐标；Pt(0,0,Zt)为以激光发射点为坐标原点，以激光发射点与测量点的连线为z轴的右手坐标系下的测量点的坐标，Zt为待计算的激光发射点到测量点的估计距离。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供了一种位移测量系统及方法；通过中央控制器控制电动云台转动到预设方位；通过视频摄像机采集包含目标物体的图像数据；通过中央控制器根据图像数据及预先得到的系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角，并控制电动云台转动到该测量方位；通过激光测距传感器采集测量点的位置数据；从而通过中央控制器根据位置数据及系统参数，确定测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；当目标物体从初始位置运动到目标位置时，通过位移测量系统确定当目标物体位于目标位置时，测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；最后通过中央控制器根据起始位置坐标及目标位置坐标，确定目标物体的位移。该方式简化了位移测量过程，提高了测量结果的精确度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种位移测量系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种目标物体位移监测系统的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种位移测量方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种位移测量方法，起始位置估计坐标的获取过程的流程图。
图标：21-激光测距传感器；22-视频摄像机；23-电动云台；41-中央控制器；51-棋盘格；10-目标物体；50-棋盘格图案；30-信号转换器；40-计算机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，利用激光测距传感器监测目标物体位移的方式过程较为繁琐，并且测量误差较大，基于此，本发明实施例提供了一种位移测量系统及方法，可以应用于物体的位置或位移的测量领域。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种位移测量系统进行详细介绍。
参见图1所示的一种位移测量系统的结构示意图，该系统包括激光测距传感器21、视频摄像机22、电动云台23及中央控制器41及棋盘格51；棋盘格51设置于目标物体10上；激光测距传感器21及视频摄像机22固定在电动云台23上；激光测距传感器21、视频摄像机22、电动云台23分别与中央控制器41连接.
中央控制器用于控制电动云台转动到预设方位；视频摄像机用于采集包含目标物体的图像数据；中央控制器还用于根据图像数据及预先得到的系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角，并控制电动云台转动到该测量方位；预设的测量点为棋盘格上的预设角点；激光测距传感器用于采集测量点的位置数据；中央控制器还用于根据位置数据及系统参数，确定测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；位移测量系统还用于当目标物体从初始位置运动到目标位置时，确定当目标物体位于目标位置时，测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；中央控制器还用于根据起始位置坐标及目标位置坐标，确定目标物体的位移。
上述预设的空间坐标系可以为以电动云台的旋转中心为原点，以垂直旋转中心轴为X轴，以水平旋转中心轴为Z轴建立的右手坐标系；上述系统参数可以包括视频摄像机参数、激光测距传感器参数及电动云台参数。
上述棋盘格可以为上面印刷有棋盘格的木板、纸制品等；将棋盘格固定在目标物体上，并将棋盘格的某一角点设置为测量点，可以将测量目标物体的位置或位移转化为测量设定测量点的位置或位移，使得测量过程更为简便。
上述电动云台可以为一种在电机的带动下围绕中心轴旋转的工作平台，该电动云台可以进行水平旋转和垂直旋转；当把激光测距传感器和视频摄像机固定在电动云台上时，激光测距传感器和视频摄像机可以与电动云台一同旋转；在开始测量的时候，可以初步估算或者多次试验得出使视频摄像机采集到目标物体图像的方位，即上述预设方位；通过中央控制器控制电动云台转动到该预设方位。
上述激光测距传感器可以为现有技术中通用的激光测距传感器，在使用过程中先由激光二极管对准目标发射激光脉冲，经目标物体反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到传感器接收器；通过光电二极管可以将该散射光转化为电信号；将该电信号输入至中央控制器，对电信号进行处理后，可以得到从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，根据光速及该时间即可测定目标距离。
上述视频摄像机可以用于采集图像数据；将图像发送至中央控制器后，中央控制器可以根据计算机视觉原理及视频摄像机的参数将图像中的二维平面坐标转化为空间坐标系中的空间坐标；从而根据该空间坐标确定对测量点进行测量时电动云台的测量方位。
上述中央控制器可以为单片机或计算机等；该中央控制器还可以含有显示屏及人机接口，以使相关人员对数据进行检测及输入或调整参数；在系统工作工程中，中央控制器主要实现输出控制信号及计算功能；在接收到视频摄像机发送的图像数据后，中央控制器根据图像数据及预先得到的视频摄像机参数，确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标；根据起始位置估计坐标及激光测距传感器参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角；在起始位置估计坐标的获取过程中，主要用到了视频摄像机参数中的视频摄像机基本参数及视频摄像机标定参数；中央控制器根据图像数据，确定测量点在图像数据中的平面坐标；根据平面坐标及视频摄像机基本参数，采用计算机视觉算法确定测量点的视频摄像机成像坐标；根据视频摄像机成像坐标、视频摄像机标定参数及电动云台参数，采用计算机视觉算法确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标。
此外，当物体从初始位置运动到目标位置，通过上述系统确定测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标时，过程与获取测量点的起始位置坐标相同。
本发明实施例提供了一种位移测量系统；通过中央控制器控制电动云台转动到预设方位；通过视频摄像机采集包含目标物体的图像数据；通过中央控制器根据图像数据及预先得到的系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角，并控制电动云台转动到该测量方位；通过激光测距传感器采集测量点的位置数据；从而通过中央控制器根据位置数据及系统参数，确定测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；当目标物体从初始位置运动到目标位置时，通过位移测量系统确定当目标物体位于目标位置时，测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；最后通过中央控制器根据起始位置坐标及目标位置坐标，确定目标物体的位移。该方式简化了位移测量过程，提高了测量结果的精确度。
基于图1所示的位移测量系统，本发明实施例还提供了一种利用激光测距传感器、视频摄像和棋盘格图案实现目标物体位移监测的系统，其结构如图2所示；该系统包括目标物体10，固定安装在目标物体10上的棋盘格图案50，在目标物体外围设置有激光测距传感器21、视频摄像机22、电动云台23、信号转换器30和计算机40。激光测距传感器21、视频摄像机22和电动云台23均与信号转换器30连接，信号转换器30和计算机40连接。
上述电动云台可通过内置传感器获取水平方向转过的角度及垂直方向转过的角度；并可遵循接收到的信号指令，转动到指定的水平角度和垂直角度。上述激光测距传感器和视频摄像机安装在电动云台上。激光测距传感器和视频摄像机的安装位置相对水平固定。激光测距传感器和视频摄像机可跟随电动云台同轴水平方向和垂直方向转动。激光测距传感器发出的激光可以设置为与视频摄像机的画面中轴平行。
上述棋盘格图案可根据测量场景需要，采用3×3或更多格子数的棋盘格。棋盘格图案可根据目标物体的远近，采用不同边长的棋盘格。优选地，棋盘格图案应选择漫反射表面，且受热膨胀影响小的材质。如图2所示，本实施例中棋盘格图案安装在目标物体侧面，需要说明的是棋盘格图案也可应用于任意形状刚性目标物体的任意表面。
上述信号转换器用于将激光测距传感器采集的位置数据、视频摄像机采集的图像数据及电动云台的方位角的信息数据转化为计算机能够识别的数据类型；同样地，也用于将计算机输出的控制信号转化为对应的控制对象可以识别的控制指令。
基于该系统的目标物体位移监测方法，具体包括以下步骤：
(1)计算机控制电动云台转动到预置方位，并读取电动云台当前的方位角。
(2)计算机控制视频摄像机截取当前的视频图像。
(3)计算机根据计算机视觉算法检测棋盘格角点在视频图像中的坐标。
(4)计算机根据机器视觉算法及视频摄像机内参和外参计算棋盘格每个角点的视频摄像机成像坐标，设目标角点P1的视频摄像机成像坐标为(x1,y1,z1)；具体地，内参确定视频摄像机从三维空间到二维图像的投影关系，外参决定视频摄像机坐标与预设的空间坐标系之间相对位置关系。
(5)计算机根据事先标定的视频摄像机参数和电动云台当前的方位角，计算视频摄像机成像坐标系和预设的空间坐标系的关系，根据该关系计算P1的空间坐标P1’；其中，预设的空间坐标系可以以电动云台水平旋转轴中心点为原点。
具体地，上述视频摄像机有关参数为设方位角为0时，视频摄像机成像中心点在预设的空间坐标系的坐标P0'；设当前方位角为水平旋转β，垂直旋转α，计算右手坐标系下视频摄像机成像坐标系到预设的空间坐标系的方程式：
P0”＝Rx(α)Ry(β)P0'
P1'＝Ry(-β)Rx(-α)T(-P0”)P1
其中：
(6)计算机根据事先标定的激光测距传感器参数，计算当激光测距传感器对准P1’时，电动云台的方位角。
具体地，上述激光测距传感器参数为设方位角为0时，激光发射点在预设的空间坐标系的坐标P2’，设目标方位角为水平旋转β1，垂直旋转α1，以激光发射点为坐标原点，以激光发射点与测量点的连线为z轴建立右手坐标系，计算右手坐标系中的测量点Pt(0,0,Zt)到预设的空间坐标系的坐标点P1'的方程式如下：
P2”＝Rx(α1)Ry(β1)P2'
P1'＝Ry(-β1)Rx(-α1)T(-P2”)Pt
其中Rx(a),Ry(a),T(P)的定义和上面相同。Zt为待计算的激光发射点到测量点的估计距离，解方程组求得α1和β1。
(7)计算机控制电动云台转动到步骤(6)中计算得出的方位角。
(8)计算机控制激光测距传感器获取目标角点的激光距离。
(9)计算机根据事先标定的激光测距传感器参数，使用步骤(6)中计算得出的方位角和步骤(8)获得的激光距离，计算目标角点的空间坐标；具体地，使用激光实测距离和方位角计算目标角点的空间坐标，需要使用的参数和方程式与步骤(6)相同，此时Zt的值为目标角点的激光实测距离。
(10)计算机根据步骤(9)获得的空间坐标及之前以相同方法获取的物体起始坐标，计算目标角点的位移。
本发明实施例提供一种利用激光测距传感器、视频摄像和棋盘格图案实现目标物体位移监测的系统及目标物体位移监测方法，使得当目标物体在视频画面区域范围内移动时，激光测距传感器能够跟随目标物体移动，并按照计算出来的方位将激光准确打到目标物体的原定位置，免去了人工操作，使得测量过程快速且测量结果准确。
对应于上述实施例，本发明实施例还提供一种位移测量方法，其流程图如图3所示该方法应用于上述位移测量系统中的中央控制器；该方法包括以下步骤：
步骤S300，控制电动云台转动到预设方位；具体地，在开始测量的时候，可以初步估算或者多次试验得出使视频摄像机采集到目标物体图像的方位，即上述预设方位。
步骤S302，接收视频摄像机发送的图像数据；图像数据中包含目标物体。
步骤S304，根据图像数据及预先得到的系统参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角。
步骤S306，控制电动云台转动到测量方位；预设的测量点为棋盘格上的预设角点。
步骤S308，接收激光测距传感器发送的位置数据。
步骤S310，根据位置数据及系统参数，确定测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标。
步骤S312，当目标物体从初始位置运动到目标位置时，确定测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标。
步骤S314，根据起始位置坐标及目标位置坐标，确定目标物体的位移。
本发明实施例提供的位移测量方法，与上述实施例提供的位移测量系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
在实际实施时，上述方法的步骤S304中所述系统参数包括视频摄像机参数、激光测距传感器参数及电动云台参数；上述步骤S304可以通过以下方式实现：
(1)根据图像数据、预先得到的视频摄像机参数及电动云台参数，确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标；具体地，上述视频摄像机参数包括视频摄像机基本参数及视频摄像机标定参数；起始位置估计坐标的获取方法的流程图如图4所示，具体如下：
步骤S400，根据图像数据，确定测量点在图像数据中的平面坐标。
步骤S402，根据平面坐标及视频摄像机基本参数，采用计算机视觉算法确定测量点的视频摄像机成像坐标。
步骤S404，根据视频摄像机成像坐标、视频摄像机标定参数及电动云台参数，采用计算机视觉算法确定测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标。
具体地，上述视频摄像机标定参数包括成像中心点空间坐标；成像中心点空间坐标为电动云台的方位角为0时，视频摄像机的成像中心点在预设的空间坐标系中的坐标；电动云台参数包括电动云台的方位角；方位角包括水平旋转角及竖直旋转角；上述步骤S404可以通过下述方程式计算测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标：
P1'＝Ry(-β)Rx(-α)T(-P0”)P1
其中，P0”＝Rx(α)Ry(β)P0'， P1'为起始位置估计坐标；P0'为成像中心点空间坐标；β为当前的水平旋转角，α为当前的竖直旋转角；Px，Py，Pz分别表示P0”的x坐标、y坐标及z坐标。
由于上述三个步骤均含有一定的误差，因此此时获取到的测量点的空间坐标系的坐标也含有一定的误差，其中测量点和设备中心点的直线距离误差较大，角度误差较小，将其称为起始位置估计坐标。
(2)根据起始位置估计坐标及激光测距传感器参数，确定当激光测距传感器对准预设的测量点时，电动云台的测量方位的方位角。
具体地，激光测距传感器参数包括激光发射点坐标；激光发射点坐标为电动云台的方位角为0时，激光测距传感器的激光发射点在预设的空间坐标系的坐标；上述步骤(2)可以通过下述方程式计算电动云台的测量方位的方位角：
P1'＝Ry(-β1)Rx(-α1)T(-P2”)Pt
其中，P2”＝Rx(α1)Ry(β1)P2'， P2'为激光发射点坐标；β1为待计算的测量方位的水平旋转角，α1为待计算的测量方位的竖直旋转角；P1x，P1y，P1z分别表示P2”的x坐标、y坐标及z坐标；Pt(0,0,Zt)为以激光发射点为坐标原点，以激光发射点与测量点的连线为z轴的右手坐标系下的测量点的坐标，Zt为待计算的激光发射点到测量点的估计距离。由于起始位置估计坐标具有一定的误差，计算得到的方位角也存在误差，但是由于角度误差较小且使用更准确的实测激光距离代替了起始位置估计坐标中的直线距离，降低了误差，提高了测量的准确性。
本发明实施例所提供的位移测量系统及方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种位移测量系统，其特征在于，包括激光测距传感器、视频摄像机、电动云台及中央控制器及棋盘格；所述棋盘格设置于目标物体上；所述激光测距传感器及视频摄像机固定在所述电动云台上；所述激光测距传感器、所述视频摄像机、所述电动云台分别与所述中央控制器连接；
所述中央控制器用于控制所述电动云台转动到预设方位；
所述视频摄像机用于采集包含所述目标物体的图像数据；
所述中央控制器还用于根据所述图像数据及预先得到的系统参数，确定当所述激光测距传感器对准预设的测量点时，所述电动云台的测量方位的方位角，并控制所述电动云台转动到所述测量方位；所述预设的测量点为所述棋盘格上的预设角点；
所述激光测距传感器用于采集所述测量点的位置数据；
所述中央控制器还用于根据所述位置数据及所述系统参数，确定所述测量点的在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；
所述位移测量系统还用于当所述目标物体从初始位置运动到目标位置时，确定当所述目标物体位于目标位置时，所述测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；
所述中央控制器还用于根据所述起始位置坐标及所述目标位置坐标，确定所述目标物体的位移。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统参数包括视频摄像机参数、激光测距传感器参数及电动云台参数；
所述中央控制器还用于根据所述图像数据及预先得到的所述视频摄像机参数，确定所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标；根据所述起始位置估计坐标及所述激光测距传感器参数，确定当所述激光测距传感器对准预设的测量点时，所述电动云台的测量方位的方位角。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述视频摄像机参数包括视频摄像机基本参数及视频摄像机标定参数；
所述中央控制器还用于根据所述图像数据，确定所述测量点在所述图像数据中的平面坐标；根据所述平面坐标及所述视频摄像机基本参数，采用计算机视觉算法确定所述测量点的视频摄像机成像坐标；根据所述视频摄像机成像坐标、所述视频摄像机标定参数及所述电动云台参数，采用计算机视觉算法确定所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央控制器包括计算机。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括信号转换器；所述信号转换器分别与所述计算机、所述激光测距传感器、所述视频摄像机及所述电动云台连接；所述信号转换器用于将所述激光测距传感器采集的位置数据、所述视频摄像机采集的图像数据及所述电动云台的方位角的信息数据转化为所述计算机能够识别的数据类型。
6.一种位移测量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5任一项所述位移测量系统中的中央控制器；所述方法包括：
控制所述电动云台转动到预设方位；
接收所述视频摄像机发送的图像数据；所述图像数据中包含所述目标物体；
根据所述图像数据及预先得到的系统参数，确定当所述激光测距传感器对准预设的测量点时，所述电动云台的测量方位的方位角；所述预设的测量点为所述棋盘格上的预设角点；
控制所述电动云台转动到所述测量方位；
接收所述激光测距传感器发送的位置数据；
根据所述位置数据及所述系统参数，确定所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置坐标；
当所述目标物体从初始位置运动到目标位置时，确定所述测量点在预设的空间坐标系中的目标位置坐标；
根据所述起始位置坐标及所述目标位置坐标，确定所述目标物体的位移。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统参数包括视频摄像机参数、激光测距传感器参数及电动云台参数；
所述根据所述图像数据及预先得到的系统参数，确定当所述激光测距传感器对准预设的测量点时，所述电动云台的测量方位的方位角的步骤，包括：
根据所述图像数据及预先得到的所述视频摄像机参数及所述电动云台参数，确定所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标；
根据所述起始位置估计坐标及所述激光测距传感器参数，确定当所述激光测距传感器对准预设的测量点时，所述电动云台的测量方位的方位角。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述视频摄像机参数包括视频摄像机基本参数及视频摄像机标定参数；
所述根据所述图像数据及预先得到的所述视频摄像机参数及所述电动云台参数，确定所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标的步骤，包括：
根据所述图像数据，确定所述测量点在所述图像数据中的平面坐标；
根据所述平面坐标及所述视频摄像机基本参数，采用计算机视觉算法确定所述测量点的视频摄像机成像坐标；
根据所述视频摄像机成像坐标、所述视频摄像机标定参数及所述电动云台参数，采用计算机视觉算法确定所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述视频摄像机标定参数包括成像中心点空间坐标；所述成像中心点空间坐标为所述电动云台的方位角为0时，所述视频摄像机的成像中心点在预设的空间坐标系中的坐标；所述电动云台参数包括所述电动云台的方位角；所述方位角包括水平旋转角及竖直旋转角；
所述根据所述视频摄像机成像坐标、所述视频摄像机标定参数及所述电动云台参数，采用计算机视觉算法确定所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标的步骤，包括：
通过下述方程式计算所述测量点在预设的空间坐标系中的起始位置估计坐标：
P1'＝Ry(-β)Rx(-α)T(-P0”)P1
其中，P0”＝Rx(α)Ry(β)P0'， P1'为所述起始位置估计坐标；P0'为所述成像中心点空间坐标；β为当前的水平旋转角，α为当前的竖直旋转角；Px，Py，Pz分别表示P0”的x坐标、y坐标及z坐标。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述激光测距传感器参数包括激光发射点坐标；所述激光发射点坐标为所述电动云台的方位角为0时，所述激光测距传感器的激光发射点在预设的空间坐标系的坐标；
所述根据所述起始位置估计坐标及所述激光测距传感器参数，确定当所述激光测距传感器对准预设的测量点时，所述电动云台的测量方位的方位角的步骤，包括：
通过下述方程式计算所述电动云台的测量方位的方位角：
P1'＝Ry(-β1)Rx(-α1)T(-P2”)Pt
其中，P2”＝Rx(α1)Ry(β1)P2'， P2'为所述激光发射点坐标；β1为待计算的所述测量方位的水平旋转角，α1为待计算的所述测量方位的竖直旋转角；P1x，P1y，P1z分别表示P2”的x坐标、y坐标及z坐标；Pt(0,0,Zt)为以所述激光发射点为坐标原点，以所述激光发射点与所述测量点的连线为z轴的右手坐标系下的所述测量点的坐标，Zt为待计算的所述激光发射点到所述测量点的估计距离。
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