CN109945837B - 基于计算机视觉的虚拟测绘设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于计算机视觉的虚拟测绘设备，包括本体，本体表面设有触摸显示屏，本体内部设有主控芯片，主控芯片上嵌设有WiFi模块，主控芯片一侧设有编码器，主控芯片另一侧设有上位机模块，主控芯片下方设有摄像头，摄像头一侧设有电源，摄像头另一侧设有超声波测距传感器；本发明通过采用超声波传感器进行测距可以降低传播速度误差，从而提高了超声波直线测距的精度，通过编码器可以保证本发明设备在沿曲线运动时产生脉冲标志，并通过编码器内部的计数脉冲标志来计算设备移动距离，从而实现曲线的测量，通过摄像头应用机器视觉算法，采集被测图形的图像通过广义霍夫变换算法可以实现特定图形的检测与提取。
Description
技术领域
本发明涉及测绘设备领域，尤其涉及基于计算机视觉的虚拟测绘设备。
背景技术
科技的蓬勃发展为各个领域传统工程技术的创新提供了优质环境，为能够确保测绘工作的顺利进行，提高测绘工程的精确性，在科技不断发展的过程中，逐渐的兴起了新的测绘仪器和技术，使得测绘技术得到了快速的发展。
使用传统工具很难满足当代人的测量需求，由于长度、使用场景、便携性等原因，直尺在日常生活使用率不高；而卷尺在测量长距离时则需要人协助，很不方便，目前市场的上的测绘设备也存在一定的缺点，大多数测绘设备都存在着只能进行直线测距及基于直线测距的一些拓展，不能满足工作人员在实际操作中常见的各方面需求，适用性差，且存在着测量精度低的问题，因此，本发明提出基于计算机视觉的虚拟测绘设备，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明通过采用超声波传感器进行测距可以降低传播速度误差，从而提高了超声波直线测距的精度，通过编码器可以保证本发明设备在沿曲线运动时产生脉冲标志，并通过编码器内部的计数脉冲标志来计算设备移动距离，从而实现曲线的测量，同时编码器具有高精度的性质，通过摄像头应用机器视觉算法，采集被测图形的图像通过广义霍夫变换算法可以实现特定图形的检测与提取，大大的方便了使用。
本发明提出基于计算机视觉的虚拟测绘设备，包括本体，所述本体表面设有触摸显示屏，所述本体内部设有主控芯片，所述主控芯片上嵌设有WiFi模块，所述主控芯片一侧设有编码器，所述主控芯片另一侧设有上位机模块，所述主控芯片下方设有摄像头，所述摄像头一侧设有电源，所述摄像头另一侧设有超声波测距传感器，所述触摸显示屏、编码器、上位机模块、摄像头、电源和超声波测距传感器均连接主控芯片，所述摄像头采集画面图像数据后配合所述超声波测距传感器将采集的图像数据以及超声波测距传感器测量的距离数据传输至主控芯片，所述主控芯片通过采用滤波算法以及采用对图像数据进行广义霍夫变换捕捉待测图形后再进行计算，并将计算结果显示至触摸显示屏，所述主控芯片进行虚拟3D建模后的3D数据通过WiFi模块与所述上位机模块之间进行信息交互。
进一步改进在于：所述主控芯片进行广义霍夫变换的具体过程为：先通过摄像头采集图像数据，然后利用广义霍夫变换将图像数据中属于某种图形的点集映射到一个点上，然后该点记录点集中点的数目，使得程序通过搜索峰值找到该点，即找到的该点则为图形的参数，该图形的参数的范围就叫做参数空间。
进一步改进在于：所述摄像头进行虚拟3D建模的具体过程为：先对摄像机进行标定，计算出摄像机的图像坐标系与世界坐标系的关系，然后利用多个二维图像中的信息重建出三维信息。
进一步改进在于：所述摄像头为可以实现消除光学或电子缺陷，且可以实现面积测量及虚拟3D建模功能的摄像头。
进一步改进在于：所述摄像头用于面积测量计算的具体步骤为：
步骤一：利用已知面积信息(S0)的辅助测量工具作为参照数据信息；
步骤二：采用统计学的方法计算改该辅助测量工具图形所占用的单位图像的单元数量，并标记为n0；
步骤三：利用摄像头采集待测图形的图像数据，并通过主控芯片进行计算，得到采集到的待测图形所占用的单位图像的单元数量，标记为n1；
步骤四：判断辅助测量工具图形和待测图形与摄像头之间的距离是否相等，若距离相等，则表示得到待测面积；
步骤五：若判断结果为辅助测量工具图形和待测图形与摄像头之间的距离不相等时，则进行继续计算处理：
先设定一条长度为L的线与摄像头之间的距离为d0时在触摸显示屏上所占用的线长为L0；
再设定一条长度为L的线与摄像头之间的距离为d1时在触摸显示屏上所占用的线长为L1；
再根据公式(1)，求出L1＝L0/d0*d1；
d1/d0＝L1/L0(1)
再设L为触摸显示屏上的长，w为触摸显示屏上的宽，则根据公式(2)w1＝w0/d0*d1，求出w1；
w1＝w0/d0*d1(2)
最后根据公式(1)和公式(2)求出待测面积S1。
进一步改进在于：所述步骤五中待测面积S1公式如公式(3)所示：
S1＝L1*w1＝(w0*L0/d0 2)*d1 2(3)
其中，令w0*L0为观测距离为d0时的单位图像单元所占用的面积Sr。
进一步改进在于：所述步骤五中占用面积Sr求出后，再运用统计学方法测出距离为d1时的待测面积S所占用的单位图像单元数量n1。
进一步改进在于：所述步骤五中待测面积S与n1的关系公式为：S＝(Sr/d0 2)*d1 2*n1。
本发明的有益效果为：通过采用超声波传感器进行测距可以降低传播速度误差，从而提高了超声波直线测距的精度，通过编码器可以保证本发明设备在沿曲线运动时产生脉冲标志，并通过编码器内部的计数脉冲标志来计算设备移动距离，从而实现曲线的测量，同时编码器具有高精度的性质，除去机械误差所测量的曲线长度的精度较高，通过摄像头应用机器视觉算法，采集被测图形的图像通过广义霍夫变换算法可以实现特定图形的检测与提取，大大的方便了使用，通过WiFi模块可以实现虚拟3D建模的功能，生成3D虚拟模型，并通过WiFi模块与互联网信息交互可以将模型信息进行传输共享和进一步的编辑，实用性高。
附图说明
图1为本发明结构主视示意图。
图2为本发明触摸显示屏结构示意图。
图3为本发明设备使用原理示意图。
图4为本发明主控芯片电路示意图。
图5为本发明触摸显示屏电路示意图
图6为本发明摄像头采集电路示意图。
图7为本发明WiFi模块电路示意图。
图8为本发明电源电路示意图。
图9为本发明编码器电路示意图。
图10为发明声波测距传感器电路示意图。
其中，1-本体、2-触摸显示屏、3-主控芯片、4-WiFi模块、5-编码器、6-上位机模块、7-摄像头、8-电源、9-超声波测距传感器。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
根据图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，本实施例提出基于计算机视觉的虚拟测绘设备，包括本体，所述本体1表面设有触摸显示屏2，所述本体1内部设有主控芯片3，所述主控芯片3型号为STM32F103C8T6，所述主控芯片3上嵌设有WiFi模块4，所述WiFi模块4型号为ESP8266，所述主控芯片3一侧设有编码器5，所述主控芯片3另一侧设有上位机模块6，所述主控芯片3下方设有摄像头7，所述摄像头型号为ov7620摄像头，所述摄像头7一侧设有电源8，所述摄像头7另一侧设有超声波测距传感器9，所述触摸显示屏2、编码器5、上位机模块6、摄像头7、电源8和超声波测距传感器9均连接主控芯片3，所述摄像头7采集画面图像数据后配合所述超声波测距传感器9将采集的图像数据以及超声波测距传感器9测量的距离数据传输至主控芯片3，所述主控芯片3通过采用滤波算法以及采用对图像数据进行广义霍夫变换捕捉待测图形后再进行计算，并将计算结果显示至触摸显示屏2，所述主控芯片3进行虚拟3D建模后的3D数据通过WiFi模块4与所述上位机模块6之间进行信息交互。
所述主控芯片3进行广义霍夫变换的具体过程为：先通过摄像头7采集图像数据，然后利用广义霍夫变换将图像数据中属于某种图形的点集映射到一个点上，然后该点记录点集中点的数目，使得程序通过搜索峰值找到该点，即找到的该点则为图形的参数，该图形的参数的范围就叫做参数空间。
所述摄像头7进行虚拟3D建模的具体过程为：先对摄像机7进行标定，计算出摄像机7的图像坐标系与世界坐标系的关系，然后利用多个二维图像中的信息重建出三维信息。
所述摄像头7为可以实现消除光学或电子缺陷，且可以实现面积测量及虚拟3D建模功能的摄像头。
所述摄像头7用于面积测量计算的具体步骤为：
步骤一：利用已知面积信息(S0)的辅助测量工具作为参照数据信息；
步骤二：采用统计学的方法计算改该辅助测量工具图形所占用的单位图像的单元数量，并标记为n0；
步骤三：利用摄像头采集待测图形的图像数据，并通过主控芯片进行计算，得到采集到的待测图形所占用的单位图像的单元数量，标记为n1；
步骤四：判断辅助测量工具图形和待测图形与摄像头之间的距离是否相等，若距离相等，则表示得到待测面积；
步骤五：若判断结果为辅助测量工具图形和待测图形与摄像头之间的距离不相等时，则进行继续计算处理：
先设定一条长度为L的线与摄像头之间的距离为d0时在触摸显示屏上所占用的线长为L0；
再设定一条长度为L的线与摄像头之间的距离为d1时在触摸显示屏上所占用的线长为L1；
再根据公式(1)，求出L1＝L0/d0*d1；
d1/d0＝L1/L0(1)
再设L为触摸显示屏上的长，w为触摸显示屏上的宽，则根据公式(2)w1＝w0/d0*d1，求出w1；
w1＝w0/d0*d1(2)
最后根据公式(1)和公式(2)求出待测面积S1。
进一步改进在于：所述步骤五中待测面积S1公式如公式(3)所示：
S1＝L1*w1＝(w0*L0/d0 2)*d1 2(3)
其中，令w0*L0为观测距离为d0时的单位图像单元所占用的面积Sr。
进一步改进在于：所述步骤五中占用面积Sr求出后，再运用统计学方法测出距离为d1时的待测面积S所占用的单位图像单元数量n1。
进一步改进在于：所述步骤五中待测面积S与n1的关系公式为：S＝(Sr/d0 2)*d1 2*n1。
通过采用超声波传感器9进行测距可以降低传播速度误差，从而提高了超声波直线测距的精度，通过编码器5可以保证本发明设备在沿曲线运动时产生脉冲标志，并通过编码器5内部的计数脉冲标志来计算设备移动距离，从而实现曲线的测量，同时编码器5具有高精度的性质，除去机械误差所测量的曲线长度的精度较高，通过摄像头7应用机器视觉算法，采集被测图形的图像通过广义霍夫变换算法可以实现特定图形的检测与提取，大大的方便了使用，通过WiFi模块4可以实现虚拟3D建模的功能，生成3D虚拟模型，并通过WiFi模块4与互联网信息交互可以将模型信息进行传输共享和进一步的编辑，实用性高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.基于计算机视觉的虚拟测绘设备的测绘方法，包括本体，其特征在于：所述本体(1)表面设有触摸显示屏(2)，所述本体(1)内部设有主控芯片(3)，所述主控芯片(3)上嵌设有WiFi模块(4)，所述主控芯片(3)一侧设有编码器(5)，所述主控芯片(3)另一侧设有上位机模块(6)，所述主控芯片(3)下方设有摄像头(7)，所述摄像头(7)一侧设有电源(8)，所述摄像头(7)另一侧设有超声波测距传感器(9)，所述触摸显示屏(2)、编码器(5)、上位机模块(6)、摄像头(7)、电源(8)和超声波测距传感器(9)均连接主控芯片(3)，所述摄像头(7)采集画面图像数据后配合所述超声波测距传感器(9)将采集的图像数据以及超声波测距传感器(9)测量的距离数据传输至主控芯片(3)，所述主控芯片(3)通过采用滤波算法以及采用对图像数据进行广义霍夫变换捕捉待测图形后再进行计算，并将计算结果显示至触摸显示屏(2)，所述主控芯片(3)进行虚拟3D建模后的3D数据通过WiFi模块(4)与所述上位机模块(6)之间进行信息交互；
所述主控芯片(3)进行广义霍夫变换的具体过程为：先通过摄像头(7)采集图像数据，然后利用广义霍夫变换将图像数据中属于某种图形的点集映射到一个点上，然后映射点记录点集中点的数目，使得程序通过搜索峰值找到所述映射点，即找到的所述映射点则为图形的参数，该图形的参数的范围就叫做参数空间。
2.根据权利要求1所述基于计算机视觉的虚拟测绘设备的测绘方法，其特征在于：所述摄像头(7)进行虚拟3D建模的具体过程为：先对摄像机(7)进行标定，计算出摄像机(7)的图像坐标系与世界坐标系的关系，然后利用多个二维图像中的信息重建出三维信息。
3.根据权利要求1所述基于计算机视觉的虚拟测绘设备的测绘方法，其特征在于：所述摄像头(7)为可以实现消除光学或电子缺陷，且可以实现面积测量及虚拟3D建模功能的摄像头。
4.根据权利要求1所述基于计算机视觉的虚拟测绘设备的测绘方法，其特征在于：所述摄像头(7)用于面积测量计算的具体步骤为：
步骤一：利用已知面积信息(S0)的辅助测量工具作为参照数据信息；
步骤二：采用统计学的方法计算改该辅助测量工具图形所占用的单位图像的单元数量，并标记为n0；
步骤三：利用摄像头(7)采集待测图形的图像数据，并通过主控芯片(3)进行计算，得到采集到的待测图形所占用的单位图像的单元数量，标记为n1；
步骤四：判断辅助测量工具图形和待测图形与摄像头(7)之间的距离是否相等，若距离相等，则表示得到待测面积；
步骤五：若判断结果为辅助测量工具图形和待测图形与摄像头(7)之间的距离不相等时，则进行继续计算处理：
先设定一条长度为L的先与摄像头(7)之间的距离为d0时在触摸显示屏(2)上所占用的线长为L0；
再设定一条长度为L的先与摄像头(7)之间的距离为d1时在触摸显示屏(2)上所占用的线长为L1；
再根据公式(1)，求出L1＝L0/d0*d1；
d1/d0＝L1/L0 (1)
再设L为触摸显示屏上的长，w为触摸显示屏上的宽，则根据公式(2)w1＝w0/d0*d1，求出w1；
w1＝w0/d0*d1 (2)
最后根据公式(1)和公式(2)求出待测面积S1。
5.根据权利要求4所述基于计算机视觉的虚拟测绘设备的测绘方法，其特征在于：所述步骤五中待测面积S1公式如公式(3)所示：
S1＝L1*w1＝(w0*L0/d0 2)*d1 2 (3)
其中，令w0*L0为观测距离为d0时的单位图像单元所占用的面积Sr。
6.根据权利要求5所述基于计算机视觉的虚拟测绘设备的测绘方法，其特征在于：所述步骤五中占用面积Sr求出后，再运用统计学方法测出距离为d1时的待测面积S所占用的单位图像单元数量n1。
7.根据权利要求6所述基于计算机视觉的虚拟测绘设备的测绘方法，其特征在于：所述待测面积S与n1的关系公式为：S＝(Sr/d0 2)*d1 2*n1。
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