CN218272896U - 一种图像全站仪光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种图像全站仪光学系统，其包括摄像机构，摄像机构包括依次同轴排列的物镜、分光棱镜以及CCD相机组件，摄像机构还包括用于调整摄像机构焦距的调焦部件，以适于对目标进行广角摄像或长焦摄像，本实用新型具有可以简化图像全站仪的结构，使图像全站仪的结构更加紧凑的效果，另外，目标在广角成像和长焦成像时共用同一坐标系，计算得出CCD相机组件的靶面中心与目标之间的偏移距离时，不需要进行坐标系变换，可以精确计算得出偏移距离，从而提高图像全站仪的测量精度。

Description

一种图像全站仪光学系统

技术领域

本实用新型涉及测绘仪器技术领域，具体涉及一种图像全站仪光学系统。

背景技术

自动全站仪又称测量机器人，是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台。但是自动全站仪在对目标自动识别与自动照准时需要反射棱镜等合作靶标，无法真正实现无接触测量。

2003年，拓普康推出了世界上首款将摄影测量和全站仪相结合的GPT—7000i系列图像全站仪。拓普康图像全站仪将图像传感器与马达驱动功能集成，在全站仪中组合安装有两个CCD相机，一个广角相机用于取景和量测，一个长焦相机用于精确照准目标；通过广角相机取景，在屏幕上点击哪个目标，仪器就会利用全站仪的马达驱动功能转动，使得广角相机的镜头指向目标，完成了目标无接触自动搜索、跟踪、识别与测量。类似的产品还有徕卡Nova TS60第三代超高精度全站仪，TS60也采用双相机系统，具有500万像素广角相机与望远镜相机及自动对焦功能，在图像上进行点击，驱动仪器旋转并照准测量目标，降低人工强度，提高了工作效率。

专利CN101545770和相关资料显示，现有图像全站仪都包括与望远镜同轴的长焦摄像模组以及广角摄像模组，广角摄像模组直接安装在望远镜上方，这种做法的缺点是安装结构复杂，广角摄像模组与长焦摄像模组的两个坐标系需要进行转换才可以计算得出CCD相机组件的靶面中心与目标之间的偏移距离，但是两个坐标系之间的转换参数不便于精确标定，即难以精确计算得出偏移距离，从而影响图像全站仪的测量精度。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决现有图像全站仪采用长焦摄像模组与广角摄像模组组合安装时，但是两个坐标系之间的转换参数不便于精确标定，即难以精确计算得出偏移距离，从而影响图像全站仪的测量精度。

一种图像全站仪光学系统，摄像机构，所述摄像机构包括依次同轴排列的物镜、分光棱镜以及CCD相机组件，所述摄像机构还包括用于调整摄像机构焦距的调焦部件，以适于对目标进行广角摄像或长焦摄像。

进一步的，所述调焦部件包括设置在所述分光棱镜与所述CCD相机组件之间的调焦透镜、补偿透镜以及固定组透镜，所述调焦透镜与所述补偿透镜能够沿所述物镜的轴线滑移。

进一步的，所述调焦部件还包括用于驱使所述调焦透镜的第一齿轮调焦组件以及用于驱使所述补偿透镜滑移的第二齿轮调焦组件。

进一步的，还包括PC机，所述PC机适于利用机器学习算法对目标进行识别与定位；以及

适于测量计算目标相对于所述CCD相机组件靶面中心的偏移距离。

进一步的，还包括双轴伺服马达，所述双轴伺服马达根据所述偏移距离调整所述摄像机构的角度。

进一步的，所述摄像机构还包括：

调制红外光发射器，适于发射调制红外光；

调制红外光接收器，适于接收所述分光棱镜射回的调制红外光；

光导纤维，用于连接调制红外光发射器与调制红外光接收器，所述调制红外光接收器还适于接收所述光导纤维传送的调制红外光。

进一步的，所述调制红外光发射器为发光二极管，所述调制红外光接收器为光敏二极管。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的一种图像全站仪光学系统，通过调焦组件对摄像机构的焦距进行调整，以直接利用一个CCD组件进行广角(短焦)拍摄以及长焦拍摄，可以简化图像全站仪的结构，使图像全站仪的结构更加紧凑。另外，在对目标进行广角成像和长焦成像时共用同一坐标系，则计算CCD相机组件的靶面中心与目标之间的偏移距离时，不需要进行坐标系变换，可以精确计算得出偏移距离，从而提高图像全站仪的测量精度。

2.本实用新型提供的一种图像全站仪光学系统，改变调焦透镜与补偿透镜的位置，可以方便地改变摄像机构的焦距，从而便于对环境进行广角(短焦)拍摄以及长焦拍摄。利用机器学习算法对广角图像进行目标识别与粗略定位，随后调整全站仪的镜头指向目标中心所在的位置，实现目标粗照准。然后调整摄像机构的焦距，获取高分辨率长焦图像，再根据长焦图像进行目标识别与定位，分析目标中心位置，计算其相对CCD相机组件靶面中心的偏移量，将该偏移量转化为镜头的双轴转动量，调整全站仪的镜头转动到目标中心所在位置，实现目标精照准。

3.本实用新型提供的一种图像全站仪光学系统，由PC机利用机器学习算法对目标进行识别与定位，可以快捷精确地得出目标相对于CCD相机组件靶面中心的偏移距离，并将偏移距离转化为控制信号，以实现自动化控制调整摄像机构的镜头方向。

4.本实用新型提供的一种图像全站仪光学系统，调制红外光发射器发射的一束调制红外光在经物镜射向分光棱镜后，经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使射回的调制红外光被调制红外光接收器接收。仪器内部由光导纤维将由调制红外光发射器发射的另一束调制红外光直接传送给调制红外光接收器接收，由两束调制红外光的相位差可以间接计算光的传播时间，实现测距功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型的中提供的摄像机构的结构示意图；

图2为本实用新型的中提供的图像全站仪光学系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、摄像机构；11、物镜；12、分光棱镜；13、CCD相机组件；14、调焦透镜；141、补偿透镜；142、固定组透镜；15、第一齿轮调焦组件；16、第二齿轮调焦组件；17、发光二极管；171、光导纤维；172、光敏二极管；1a、第一点位；1b、第二点位；1c、第三点位；1d、第四点位；2、双轴伺服马达；3、PC机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

参照图1与图2所示，本实用新型提供一种图像全站仪光学系统，包括摄像机构1，摄像机构1包括依次同轴排列的物镜11、分光棱镜12以及CCD相机组件13，本实施例中，定义摄像机构1的轴线，且摄像机构1的轴线与物镜11、CCD相机组件13靶面中心的轴线重合。摄像机构1还包括用于调整摄像机构1焦距的调焦部件，利用调焦组件改变摄像机构1的焦距，可以根据操作人员的需求对目标进行广角摄像或长焦摄像。

本方案中，通过调焦组件对摄像机构1的焦距进行调整，操作人员可以直接利用一个CCD组件进行广角(短焦)拍摄以及长焦拍摄，从而简化图像全站仪的结构，使图像全站仪的结构更加紧凑。另外，仅使用一个CCD相机组件13进行摄像，目标在广角成像和长焦成像时共用同一坐标系，计算CCD相机组件13的靶面中心与目标之间的偏移距离时，不需要进行坐标系变换，可以精确计算得出偏移距离，从而提高图像全站仪的测量精度。

作为本实施例中的一种具体实施方式，调焦部件包括设置在分光棱镜12与CCD相机组件13之间的调焦透镜14、补偿透镜141、固定组透镜142，调焦透镜14以及补偿透镜141能够沿物镜11的轴线滑移。

本实施例中，调焦透镜14安装在分光棱镜12与固定组透镜142之间，补偿透镜141安装在调焦透镜14与固定组透镜142之间。在分光棱镜12与固定组透镜142之间的摄像机构1的轴线上，由分光棱镜12至固定组透镜142，依次设定第一点位1a、第二点位1b、第三点位1c以及第四点位1d。调焦部件预设有可以相互切换的第一状态与第二状态，第一状态时，移动调焦透镜14至第二点位1b，移动补偿透镜141至第三点位1c，摄像机构1进行广角(短焦)摄像；第二状态时，移动调焦透镜14至第一点位1a，移动补偿透镜141至第四点位1d，摄像机构1进行长焦摄像。图1中示出的即为第一状态的示意图，需要理解的是，实际应用时，第一点位1a、第二点位1b、第三点位1c以及第四点位1d的位置需要综合分析物镜11、分光棱镜12、固定组透镜142、调焦透镜14、补偿透镜141的焦距属性进行计算后设定，具体的分析计算方法此处不赘述。

作为本实施例中的一种具体实施方式，调焦部件还包括用于驱使调焦透镜14的第一齿轮调焦组件15以及用于驱使补偿透镜141滑移的第二齿轮调焦组件16。需要理解的是，相机调焦的常用控制方式一般有：丝杠螺母调焦、凸轮调焦、齿轮调焦等方式，丝杠螺母调焦方式抗冲击能力较差，且该机构结构尺寸较大；凸轮调焦机构的抗冲击能力强，适合用作重载机构的运动方向转换，但凸轮曲线加工要求较高，且凸轮机构及其减速机构的空间要求也较大。本实施例中选用齿轮调焦组件调整调焦透镜14与补偿透镜141的位置，第一齿轮调焦组件15与第二齿轮调焦组件16的具体安装以及工作方式不再赘述。

作为本实施例的一种改进实施方式，摄像机构1还包括调制红外光发射器、调制红外光接收器以及光导纤维171。其中，调制红外光发射器用于发射调制红外光；调制红外光接收器用于接收分光棱镜12射回的调制红外光；光导纤维171，用于连接调制红外光发射器与调制红外光接收器，调制红外光接收器还适于接收光导纤维171传送的调制红外光。

本实施例中，调制红外光发射器为发光二极管17，调制红外光接收器为光敏二极管172。当摄像机构1工作时，发光二极管17发射的一束调制红外光首先由物镜11射出，再从目标处反射回物镜11，随后经物镜11射向分光棱镜12后，经同一路径反射回来，再经分光棱镜12作用使射回的调制红外光被光敏二极管172接收。而在摄像机构1内，由光导纤维171将发光二极管17发射的另一束调制红外光直接传送给光敏二极管172接收，光敏二极管172将两束调制红外光对应的电信号传输至PC机3，PC机3即可利用两束调制红外光的相位差可以间接计算光的传播时间，实现测距功能。

作为本实施例的一种改进实施方式，还包括PC机3与双轴伺服马达2，PC机3用于定位目标以及目标相对于CCD相机组件13靶面中心的偏移距离，摄像机构1安装在双轴伺服马达2上，双轴伺服马达2用于调整摄像机构1的位置。PC机3利用机器学习算法对目标识别与定位，测量计算目标相对于CCD相机组件13靶面中心的偏移距离，并根据偏移距离计算得出镜头的双轴转动量。随后双轴伺服马达2根据双轴转动量调整摄像机构1的角度，使得CCD相机组件13靶面中心对准目标。

当改变摄像机构1的焦距，从而便于对环境进行广角(短焦)拍摄以及长焦拍摄，得到的广角图像以及长焦图像传输至PC机3。利用机器学习算法对广角图像可以进行目标识别与粗略定位，随后调整全站仪的镜头指向目标中心所在的位置，实现目标粗照准。然后调整摄像机构1的焦距，获取高分辨率的长焦图像，再根据长焦图像进行目标识别与定位，分析目标中心位置，计算其相对CCD相机组件13靶面中心的偏移量，将该偏移量转化为镜头的双轴转动量，调整全站仪的镜头转动到目标中心所在位置，实现目标精照准。上述分析过程均由PC机3利用机器学习算法对广角图像以及长焦图像进行分析计算偏移距离，并根据偏移距离计算得出镜头的双轴转动量。随后PC机3根据双轴转动量向双轴伺服马达2输出控制信号，由双轴伺服马达2带动摄像机构1转动，从而将CCD相机组件13的靶面中心对准目标。

需要说明的是，本实用新型实施例主要介绍的是图像全站仪光学系统的硬件结构，本实用新型所要保护的也是该图像全站仪光学系统具有的结构以及包含的元器件，至于其中的机器学习算法等分析方法，可以完全采用现有的逻辑方法。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种图像全站仪光学系统，包括摄像机构(1)，所述摄像机构(1)包括依次同轴排列的物镜(11)、分光棱镜(12)以及CCD相机组件(13)，其特征在于，所述摄像机构(1)还包括用于调整摄像机构(1)焦距的调焦部件，以适于对目标进行广角摄像或长焦摄像。

2.根据权利要求1所述的图像全站仪光学系统，其特征在于，所述调焦部件包括设置在所述分光棱镜(12)与所述CCD相机组件(13)之间的调焦透镜(14)、补偿透镜(141)以及固定组透镜(142)，所述调焦透镜(14)与所述补偿透镜(141)能够沿所述物镜(11)的轴线滑移。

3.根据权利要求2所述的图像全站仪光学系统，其特征在于，所述调焦部件还包括用于驱使所述调焦透镜(14)的第一齿轮调焦组件(15)以及用于驱使所述补偿透镜(141)滑移的第二齿轮调焦组件(16)。

4.根据权利要求1所述的图像全站仪光学系统，其特征在于，还包括PC机(3)，所述PC机(3)适于利用机器学习算法对目标进行识别与定位；以及

适于测量计算目标相对于所述CCD相机组件(13)靶面中心的偏移距离。

5.根据权利要求4所述的图像全站仪光学系统，其特征在于，还包括双轴伺服马达(2)，所述双轴伺服马达(2)根据所述偏移距离调整所述摄像机构(1)的角度。

6.根据权利要求1所述的图像全站仪光学系统，其特征在于，所述摄像机构(1)还包括：

调制红外光发射器，适于发射调制红外光；

调制红外光接收器，适于接收所述分光棱镜(12)射回的调制红外光；

光导纤维(171)，用于连接调制红外光发射器与调制红外光接收器，所述调制红外光接收器还适于接收所述光导纤维(171)传送的调制红外光。

7.根据权利要求6所述的图像全站仪光学系统，其特征在于，所述调制红外光发射器为发光二极管(17)，所述调制红外光接收器为光敏二极管(172)。

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