CN115235419A - 固定站相对高度测量设备及其测量方法 - Google Patents

固定站相对高度测量设备及其测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115235419A
CN115235419A CN202210890518.1A CN202210890518A CN115235419A CN 115235419 A CN115235419 A CN 115235419A CN 202210890518 A CN202210890518 A CN 202210890518A CN 115235419 A CN115235419 A CN 115235419A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target
relative height
measuring
optical lens
fixed station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210890518.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李建荣
王志乾
刘绍锦
韩岩
马文家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN202210890518.1A priority Critical patent/CN115235419A/zh
Publication of CN115235419A publication Critical patent/CN115235419A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00

Abstract

本发明提供一种固定站相对高度测量设备及其测量方法，其中的测量设备包括：靶标和测量设备；测量设备包括：光学镜头、成像设备、基座和转台；光学镜头固定安装在转台上表面；转台安装在基座上；成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处；测量设备用于对靶标进行成像后，进而计算得到待测物体的相对高度。本发明通利用光电测量原理，根据实际使用需求，匹配不同的光学镜头实现不同距离下的高精度测量，测量精度为毫米级。本发明为非接触测量方法，结构组成比较简单，具有测量精度高、安装方便、功耗低等优点。

Description

固定站相对高度测量设备及其测量方法
技术领域
本发明涉及光电测量技术领域，特别涉及一种固定站相对高度测量设备及其测量方法。
背景技术
在一些重要的桥梁工程中，为了防止重大事故的发生，通过采用技术手段实时监测桥梁的沉降、变形等，提前预警并做出相应的应对，降低损失。目前主要是采用内部测量和外部测量相结合的方法，内部测量用于测量局部应力、局部微小形变等，外部测量用于测量关键点位置相对于整体的形变、位移等。外部形变高度测量方面，目前主要是利用GPS、北斗等卫星定位技术实现相对高度测量，测量精度有限，在一些情况下满足不了使用需求。
目前主要的桥体外部形变测量技术是利用GPS、北斗等卫星定位技术实现相对高度测量，测量精度有限，并且现阶段的测量精度已基本达到理论极限，几乎没有提高空间。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种固定站相对高度测量设备及其测量方法，利用光电测量原理，根据实际使用需求，匹配不同的光学镜头实现不同距离下的高精度测量，测量精度为毫米级。本发明为非接触测量设备，具有测量精度高、安装方便、功耗低等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供一种固定站相对高度测量设备，包括：靶标和测量设备；靶标放置在待测物体上；
测量设备包括：光学镜头、成像设备、基座和转台；
光学镜头固定安装在转台上表面；转台安装在基座上；成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处；
测量设备用于对靶标进行成像后，进而计算得到待测物体的相对高度。
优选地，靶标上放置有光源，靶标为双目标发光点，双目标发光点之间的间距根据使用需求进行调整；
光源选用650nm半导体激光器。
优选地，转台的旋转精度需优于5"，转台的承载能力大于光学镜头和成像设备的质量总和。
优选地，待测物体的相对高度的计算过程为：
设定CC'为光学镜头的光轴，A和B为靶标双目标发光点上的几何中心，A'和B'为成像设备上A和B对应的像点；
根据三角公式可得：
Figure BDA0003767385540000021
Figure BDA0003767385540000022
公式(1)与公式(2)相减得到：
Figure BDA0003767385540000023
Figure BDA0003767385540000024
由公式(2)得到：
Figure BDA0003767385540000025
由公式(4)得到：
Figure BDA0003767385540000026
由公式(5)和(6)得到：
Figure BDA0003767385540000027
H1为B点与光轴的高度差，同理得到A点与光轴的高度差H1+H；
其中：
L为物距，f为焦距；
H为A和B之间的距离；
H1为B和C之间的距离；
h为A'和B'之间的距离；
h1为B'和C'之间的距离；
通过成像设备的参数可以算出A'、B'和C'之间的距离。
本发明还提供一种固定站相对高度测量方法，包括以下步骤：
S1、对光学镜头主光轴与成像设备的交汇点C'进行标定；
S2、调整主光轴与转台的旋转轴互相垂直；调整基座，使转台的旋转轴垂直于大地水平面；
S3、转动转台，使靶标进入光学镜头视场范围，并在成像设备中对靶标点进行成像；
S4、根据靶标点的像计算出B点与主光轴的高度差H1和A点与主光轴的高度差H1+H。
优选地，还包括预处理步骤S0、将成像设备探测器安装至光学镜头的像面位置处。
与现有的技术相比，本发明通利用光电测量原理，根据实际使用需求，匹配不同的光学镜头实现不同距离下的高精度测量，测量精度为毫米级。本发明为非接触测量方法，结构组成比较简单，具有测量精度高、安装方便、功耗低等优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的结构示意图。
图2是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的原理示意图。
图3是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的流程示意图。
图4是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的程序框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的结构示意图。
如图1所示，实施例提供的固定站相对高度测量设备包括：靶标和测量设备。
测量的是靶标与测量设备之间的相对高度，靶标安装在需要测量的位置，即放置在待测物体上，测量设备放在相对稳定的地基上。
测量设备包括：光学镜头、成像设备、基座和转台。
光学镜头位于转台上，并与转台上表面进行固定连接；转台安装在基座上。
成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处。
靶标上放置有光源，靶标设计为双目标发光点，双目标发光点之间的间距可以根据使用需求调整。
在本发明的一个实施例中：将双目标发光点中心间设计为距1m，光源选用650nm半导体激光器，单色性好，与背景对比对强。
光学镜头可以根据测量精度、测量范围及靶标和成像设备的光谱进行设计匹配。
以测量距离30m，测量范围0.5m，测量精度3mm为例，选用焦距为200mm，口径50mm，视场为4.0°×4.0°的光学镜头。
成像设备探测器性能选用优于1K×1K@5.0μm的CMOS面阵探测器，图像处理设备需要满足20Hz的图像处理能力。
转台的旋转精度需优于5"，承载能力需大于光学镜头和图像处理设备的质量总和。
图2示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的原理示意图。
如图2所示，本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的原理为：
本发明采用三角测量方法确定靶标相对测量设备的相对高度信息，其原理是将物距、物高、焦距和像高组成两个相似三角形，然后利用三角公式计算出相对高度。
图2中采用了两个靶标点，靶标点也可以是一个，只要在该图中h1＝0，H1＝0即可。该方法使用前，需要把光学镜头的主光轴调整到与大地水平。
在图2中CC'为光轴，A和B为靶标上的几何中心，A'和B'为成像设备上A和B对应的像点。
L为物距，f为焦距，H为A和B之间的距离，H1为B和C之间的距离，h为A'和B'之间的距离，h1为B'和C'之间的距离，A'、B'和C'在成像设备上的位置可以直接测量得到，通过成像设备的参数可以算出A'、B'和C'之间的距离。
其中焦距f可以通过光学方法精确标定，为已知量；
像高h和h1可以利用图像及成像设备参数直接计算出来，为已知量；物高H可以精确标定出来，为已知量。
根据三角公式可得：
Figure BDA0003767385540000051
Figure BDA0003767385540000052
公式(1)与公式(2)相减可得：
Figure BDA0003767385540000053
Figure BDA0003767385540000061
由公式(2)可得：
Figure BDA0003767385540000062
由公式(4)可得：
Figure BDA0003767385540000063
由公式(5)和(6)可得：
Figure BDA0003767385540000064
公式(7)中的计算结果H1为B点与主光轴的高度差，同理可计算出A点与主光轴的高度差。可根据相关几何尺寸计算出装备平台与靶标之间的高度差。
图3示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的流程示意图。
图4示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的程序框图。
如图3和4所示，本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法包括以下步骤：
预处理步骤S0、将成像设备探测器安装至光学镜头的像面位置处。
S1、对光学镜头主光轴与成像设备的交汇点C'进行标定。
S2、调整主光轴与转台的旋转轴互相垂直；调整基座，使转台的旋转轴垂直于大地水平面。
S3、转动转台，使靶标进入光学镜头视场范围，并在成像设备中对靶标点进行成像。
S4、根据靶标点的像计算出B点与主光轴的高度差H1和A点与主光轴的高度差H1+H。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种固定站相对高度测量设备，其特征在于，包括：靶标和测量设备；所述靶标放置在待测物体上；
所述测量设备包括：光学镜头、成像设备、基座和转台；
所述光学镜头固定安装在所述转台上表面；所述转台安装在所述基座上；所述成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处；
所述测量设备用于对所述靶标进行成像后，进而计算得到待测物体的相对高度。
2.根据权利要求1所述的固定站相对高度测量设备，其特征在于，所述靶标上放置有光源，所述靶标为双目标发光点，所述双目标发光点之间的间距根据使用需求进行调整；
光源选用650nm半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的固定站相对高度测量设备，其特征在于，所述转台的旋转精度需优于5"，所述转台的承载能力大于所述光学镜头和所述成像设备的质量总和。
4.根据权利要求1所述的固定站相对高度测量设备，其特征在于，所述待测物体的相对高度的计算过程为：
设定CC'为所述光学镜头的光轴，A和B为所述靶标双目标发光点上的几何中心，A'和B'为所述成像设备上A和B对应的像点；
根据三角公式可得：
Figure FDA0003767385530000011
Figure FDA0003767385530000012
公式(1)与公式(2)相减得到：
Figure FDA0003767385530000013
Figure FDA0003767385530000014
由公式(2)得到：
Figure FDA0003767385530000015
由公式(4)得到：
Figure FDA0003767385530000021
由公式(5)和(6)得到：
Figure FDA0003767385530000022
所述H1为所述B点与所述光轴的高度差，同理得到所述A点与所述光轴的高度差H1+H；
其中：
L为物距，f为焦距；
H为所述A和所述B之间的距离；
H1为所述B和所述C之间的距离；
h为所述A'和所述B'之间的距离；
h1为所述B'和所述C'之间的距离；
通过成像设备的参数可以算出A'、B'和C'之间的距离。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的固定站相对高度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对光学镜头主光轴与成像设备的交汇点C'进行标定；
S2、调整主光轴与转台的旋转轴互相垂直；调整基座，使转台的旋转轴垂直于大地水平面；
S3、转动转台，使靶标进入光学镜头视场范围，并在成像设备中对靶标点进行成像；
S4、根据靶标点的像计算出B点与主光轴的高度差H1和A点与主光轴的高度差H1+H。
6.根据权利要求5所述的固定站相对高度测量方法，其特征在于，还包括预处理步骤S0、将成像设备探测器安装至光学镜头的像面位置处。
CN202210890518.1A 2022-07-27 2022-07-27 固定站相对高度测量设备及其测量方法 Pending CN115235419A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210890518.1A CN115235419A (zh) 2022-07-27 2022-07-27 固定站相对高度测量设备及其测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210890518.1A CN115235419A (zh) 2022-07-27 2022-07-27 固定站相对高度测量设备及其测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115235419A true CN115235419A (zh) 2022-10-25

Family

ID=83676127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210890518.1A Pending CN115235419A (zh) 2022-07-27 2022-07-27 固定站相对高度测量设备及其测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115235419A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101813474A (zh) * 2010-04-13 2010-08-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种标定光轴上的点在ccd上成像位置的方法
CN101929841A (zh) * 2010-08-31 2010-12-29 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法
CN102813516A (zh) * 2012-08-24 2012-12-12 武汉世纪金桥安全技术有限公司 基于光学成像的非接触式人体身高测量方法
CN102980561A (zh) * 2012-11-30 2013-03-20 广东欧珀移动通信有限公司 一种移动终端测距方法及装置
US20140152810A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-05 Samsung Techwin Co., Ltd. Method of acquiring horizontal distance between camera and target, and camera and surveillance system adopting the method
CN105930787A (zh) * 2016-04-16 2016-09-07 南京林业大学 车辆开门预警方法
CN107101612A (zh) * 2017-06-06 2017-08-29 深圳市保千里电子有限公司 一种目标距离测量方法及系统
CN108715233A (zh) * 2018-05-29 2018-10-30 珠海全志科技股份有限公司 一种无人机飞行精度测定方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101813474A (zh) * 2010-04-13 2010-08-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种标定光轴上的点在ccd上成像位置的方法
CN101929841A (zh) * 2010-08-31 2010-12-29 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种标定镜头光节点与单轴跟踪架旋转轴之间距离的方法
CN102813516A (zh) * 2012-08-24 2012-12-12 武汉世纪金桥安全技术有限公司 基于光学成像的非接触式人体身高测量方法
CN102980561A (zh) * 2012-11-30 2013-03-20 广东欧珀移动通信有限公司 一种移动终端测距方法及装置
US20140152810A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-05 Samsung Techwin Co., Ltd. Method of acquiring horizontal distance between camera and target, and camera and surveillance system adopting the method
CN105930787A (zh) * 2016-04-16 2016-09-07 南京林业大学 车辆开门预警方法
CN107101612A (zh) * 2017-06-06 2017-08-29 深圳市保千里电子有限公司 一种目标距离测量方法及系统
CN108715233A (zh) * 2018-05-29 2018-10-30 珠海全志科技股份有限公司 一种无人机飞行精度测定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105021211B (zh) 一种基于自准直仪的姿态测试装置及方法
CN108981754B (zh) 一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法
CN101334267B (zh) 数字影像测头矢量坐标变换标定与误差修正方法及其装置
CN111220123B (zh) 基础环倾斜角监测系统及方法
US3902810A (en) System and method for aligning apparatus utilizing a laser
CN111083470A (zh) 一种阵列相机视轴调校装置及调校方法
CN210867989U (zh) 一种阵列相机视轴调校装置
CN107421515A (zh) 一种多功能几何量精密智能测量装置及方法
CN102297720A (zh) 天空背景光亮度测量装置
CN111608731B (zh) 一种盾构隧道安全状态监测预警装置及其监测预警方法
CN104515481B (zh) 测量大直径圆环面平面度的装置及方法
CN107664509A (zh) 一种星载扫描机构大范围动态测角精度检测装置及方法
CN103954267A (zh) 基于线阵ccd的二次平台水平度测量系统及方法
CN111197965A (zh) 监测装置及系统、服务装置、方法及存储介质
CN102607463A (zh) 一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法
CN115235419A (zh) 固定站相对高度测量设备及其测量方法
CN109540094B (zh) 基于摄影全站仪的建筑物无接触式沉降监测方法
CN116412839A (zh) 水陆一体化点云测距系统及校准方法
CN108195338B (zh) 一种轴线测量装置及方法
CN104075667A (zh) 一种基于环形扫描斜率提取非球面面形测量系统及方法
CN108917624B (zh) 用于发动机内表面绝热层厚度检测的挠度计算方法、装置及绝热层厚度检测方法、系统
CN209656068U (zh) 一种近红外星模拟器的校准装置
CN207280477U (zh) 一种星载扫描机构大范围动态测角精度检测装置
CN107860309B (zh) 提高激光跟踪仪测量精度的方法和装置
Zharov et al. A method of determining the kinematic properties of the primary mirror elements of the RATAN-600 radio telescope using modern laser measuring systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination