專利名稱：測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種三維空間測(cè)量系統(tǒng)，特別是涉及了一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，水上地形測(cè)量主要是利用水準(zhǔn)儀加人工測(cè)量的方法進(jìn)行，即由人工扶標(biāo)尺于測(cè)量點(diǎn)，通過水準(zhǔn)儀讀取測(cè)量點(diǎn)的高程。該方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，對(duì)于大模型至少需要兩個(gè)人(一人扶尺，一人讀數(shù))，且精度不高，人工扶尺容易傾斜，且水平定位不準(zhǔn)，主觀因素影響很大。該方法需要逐點(diǎn)一一測(cè)量，所以要花費(fèi)幾天才能測(cè)完一個(gè)普通的試驗(yàn)組次。
中國實(shí)用新型專利ZL03263877.9公開了一種激光測(cè)距工程放線測(cè)量?jī)x，它使用該儀器來解決危險(xiǎn)地區(qū)的直線測(cè)量距離的問題。而數(shù)字?jǐn)z像通常用于監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)畫面。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，結(jié)合數(shù)字?jǐn)z像和激光測(cè)距的各自優(yōu)勢(shì)，而提供一種自動(dòng)化程度高、省時(shí)、省力的測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)及其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，它包括至少一個(gè)激光測(cè)距儀和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其中它還包括至少一組CCD攝像機(jī)、分別與每組CCD攝像機(jī)相連的圖像采集卡，激光測(cè)距儀上裝有控制激光測(cè)距儀繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)，繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)、繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)和激光測(cè)距儀分別與一個(gè)接線端口的輸入端相連，接線端口輸出端和圖像采集卡分別與上述計(jì)算機(jī)相連。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其中所述CCD攝像機(jī)的組數(shù)分別與激光測(cè)距儀的個(gè)數(shù)、圖像采集卡的個(gè)數(shù)和接線端口的個(gè)數(shù)是相同的。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其中所述CCD攝像機(jī)的組數(shù)為1-30組。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其中所述每組CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)為1-30個(gè)。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其中所述每組CCD攝像機(jī)所包括的CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)是相同的。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其中所述每組CCD攝像機(jī)所包括的CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)是不相同的。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其中用該系統(tǒng)測(cè)量動(dòng)床河工模型，將每組CCD攝像機(jī)的每個(gè)CCD攝像機(jī)分別放置在動(dòng)床河工模型的不同部位，它接收與其相對(duì)應(yīng)的激光測(cè)距儀射向動(dòng)床河工模型的光斑，對(duì)動(dòng)床河工模型X軸和Y軸方向的地形進(jìn)行監(jiān)控，激光測(cè)距儀本身對(duì)動(dòng)床河工模型Z軸方向的地形進(jìn)行監(jiān)控，CCD攝像機(jī)和激光測(cè)距儀將所得到的信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，隨著繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)的不停的旋轉(zhuǎn)，重復(fù)上述測(cè)量步驟，得出多個(gè)不同光斑的空間位置，由多組CCD攝像機(jī)、多個(gè)圖像采集卡和多個(gè)激光測(cè)距儀組合，測(cè)出整個(gè)動(dòng)床河工模型的三維立體圖形。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)組合了數(shù)字圖像和激光技術(shù)，以激光高速掃描整個(gè)模型，CCD記錄圖像，經(jīng)過系統(tǒng)程序分析，只需在幾小時(shí)內(nèi)就可以完成大型模型地形的全部測(cè)量并獲得精確的測(cè)量結(jié)果，而且應(yīng)用本系統(tǒng)可以快速地分析河床的沖淤變化，從三維的地形顯示中更可以直觀地查看試驗(yàn)前后地形的變化，填補(bǔ)了河工動(dòng)床試驗(yàn)地形自動(dòng)化三維測(cè)量分析方法的空白。


圖1是本發(fā)明的測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)包括至少一組CCD攝像機(jī)、分別與每組CCD攝像機(jī)相連的圖像采集卡1，2......m、一臺(tái)與圖像采集卡1，2......m相連的計(jì)算機(jī)1001和至少一個(gè)激光測(cè)距儀101，201......m01，激光測(cè)距儀101，201......m01上裝有控制激光測(cè)距儀101，201......m01繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)103，203......m03和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)102，202......m02，繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)103，203......m03、繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)102，202......m02和激光測(cè)距儀101，201......m01分別與一個(gè)接線端口104，204......m04的輸入端相連，接線端口104，204......m04的輸出端與上述計(jì)算機(jī)1001相連。CCD攝像機(jī)的組數(shù)分別與激光測(cè)距儀101，201......m01的個(gè)數(shù)、圖像采集卡1，2......m的個(gè)數(shù)和接線端口104，204......m04的個(gè)數(shù)是相同的。
根據(jù)不同的需求，CCD攝像機(jī)的組數(shù)和每組CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)是可以任意選擇的，一般來說，CCD攝像機(jī)的組數(shù)為1-30組，每組CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)為1-30個(gè)，每組CCD攝像機(jī)所包括的CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)可以是相同的，也可以是不同的。
使用本發(fā)明測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)來測(cè)量動(dòng)床河工模型的步驟如下將每組CCD攝像機(jī)的每個(gè)CCD攝像機(jī)分別放置在動(dòng)床河工模型的不同部位，它接收與其相對(duì)應(yīng)的激光測(cè)距儀101，201......m01射向動(dòng)床河工模型的光斑，對(duì)動(dòng)床河工模型X軸和Y軸方向的地形進(jìn)行監(jiān)控，激光測(cè)距儀101，201......m01本身對(duì)動(dòng)床河工模型Z軸方向的地形進(jìn)行監(jiān)控，CCD攝像機(jī)和激光測(cè)距儀101，201......m01將所得到的信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)1001，隨著繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)103，203......m03和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)102，202......m02的不停的旋轉(zhuǎn)，重復(fù)上述測(cè)量步驟，得出多個(gè)不同光斑的空間位置，由多組CCD攝像機(jī)、多個(gè)圖像采集卡和多個(gè)激光測(cè)距儀組合，可以測(cè)出整個(gè)動(dòng)床河工模型的三維立體圖形。
本發(fā)明的工作原理如下從圖1可以看出一組CCD攝像機(jī)與一個(gè)圖像采集卡和一個(gè)激光測(cè)距儀相匹配，激光測(cè)距儀發(fā)射出激光照到要?jiǎng)哟埠庸つＰ蜕?，CCD攝像機(jī)接收照到動(dòng)床河工模型上的光斑，對(duì)動(dòng)床河工模型平面的X軸和Y軸方向進(jìn)行測(cè)量，而激光測(cè)距儀本身可以測(cè)得光斑的Z軸方向的位置，激光測(cè)距儀、CCD攝像機(jī)將測(cè)得的結(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理，可以得出一個(gè)光斑的空間位置，隨著繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)的不停的旋轉(zhuǎn)(步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制)，激光測(cè)距儀發(fā)射的激光在動(dòng)床河工模型上的光斑位置不斷地改變，與其相匹配的CCD攝像機(jī)由此測(cè)出不同的動(dòng)床河工模型的X軸和Y軸方向的位置，而激光測(cè)距儀測(cè)得光斑的Z軸方向的位置，因此系統(tǒng)就可以測(cè)出多個(gè)不同光斑的空間位置。由多組CCD攝像機(jī)、多個(gè)圖像采集卡和多個(gè)激光測(cè)距儀組合，可以測(cè)出整個(gè)動(dòng)床河工模型的三維立體圖形。
系統(tǒng)的安裝工作包括固定攝像機(jī)、激光器及其控制器，安裝完成后，在每個(gè)攝像機(jī)的視野里找到模型上的兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，利用該點(diǎn)的模型坐標(biāo)和圖像象素坐標(biāo)建立每個(gè)攝像機(jī)的空間坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
安裝完成后就可以進(jìn)行測(cè)量了，用戶可以通過系統(tǒng)提供的界面指定測(cè)量區(qū)域。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)激光器旋轉(zhuǎn)使光斑落在測(cè)量區(qū)域的起始位置。攝像機(jī)采集光斑所在區(qū)域的圖像并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存。因激光測(cè)距需要一定的時(shí)間，系統(tǒng)采用多線程工作模式，提高系統(tǒng)的工作速度。因此圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存后，系統(tǒng)并不馬上處理，而是起動(dòng)激光測(cè)距儀開始測(cè)量激光到光斑的空間距離；在測(cè)距過程中，系統(tǒng)載入圖像，以設(shè)定的光斑位置為中心開一個(gè)窗口，窗口內(nèi)的值經(jīng)傅立葉變換后自動(dòng)搜索二值化所需的閾值，找到光斑的準(zhǔn)確位置并保存，連結(jié)激光器，調(diào)入激光測(cè)得的距離值保存。得到激光的距離值后立刻控制步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)光斑到下一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，然后開始采集圖像。重復(fù)上述的步驟，直到掃描完成整個(gè)測(cè)量區(qū)域。系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量得到的空間坐標(biāo)，三維的顯示出測(cè)量結(jié)果，畫出等高線圖，最終的結(jié)果以純文本方式保存成文件，便于以后調(diào)用。同時(shí)，可以輸出CAD兼容的圖形格式文件。
以上描述是對(duì)本發(fā)明的解釋，不是對(duì)發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，它包括至少一個(gè)激光測(cè)距儀(101，201......m01)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)(1001)，其特征在于它還包括至少一組CCD攝像機(jī)、分別與每組CCD攝像機(jī)相連的圖像采集卡(1，2......m)，激光測(cè)距儀(101，201......m01)上裝有控制激光測(cè)距儀(101，201......m01)繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)(103，203......m03)和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)(102，202......m02)，繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)(103，203......m03)、繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)(102，202......m02)和激光測(cè)距儀(101，201......m01)分別與一個(gè)接線端口(104，204......m04)的輸入端相連，接線端口(104，204......m04)輸出端和圖像采集卡(1，2......m)分別與上述計(jì)算機(jī)(1001)相連。
2.如權(quán)利要求1所述一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其特征在于所述CCD攝像機(jī)的組數(shù)分別與激光測(cè)距儀(101，201......m01)的個(gè)數(shù)、圖像采集卡(1，2......m)的個(gè)數(shù)和接線端口(104，204......m04)的個(gè)數(shù)是相同的。
3.如權(quán)利要求2所述一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其特征在于所述CCD攝像機(jī)的組數(shù)為1-30組。
4.如權(quán)利要求3所述一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其特征在于所述每組CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)為1-30個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其特征在于所述每組CCD攝像機(jī)所包括的CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)是相同的。
6.如權(quán)利要求4所述一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)，其特征在于所述每組CCD攝像機(jī)所包括的CCD攝像機(jī)的個(gè)數(shù)是不相同的。
7.如權(quán)利要求6所述一種測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于用該系統(tǒng)測(cè)量動(dòng)床河工模型，將每組CCD攝像機(jī)的每個(gè)CCD攝像機(jī)分別放置在動(dòng)床河工模型的不同部位，它接收與其相對(duì)應(yīng)的激光測(cè)距儀(101，201......m01)射向動(dòng)床河工模型的光斑，對(duì)動(dòng)床河工模型X軸和Y軸方向的地形進(jìn)行監(jiān)控，激光測(cè)距儀(101，201......m01)本身對(duì)動(dòng)床河工模型Z軸方向的地形進(jìn)行監(jiān)控，CCD攝像機(jī)和激光測(cè)距儀(101，201......m01)將所得到的信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)(1001)，隨著繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)(103，203......m03)和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)(102，202......m02)的不停的旋轉(zhuǎn)，重復(fù)上述測(cè)量步驟，得出多個(gè)不同光斑的空間位置，由多組CCD攝像機(jī)、多個(gè)圖像采集卡和多個(gè)激光測(cè)距儀組合，測(cè)出整個(gè)動(dòng)床河工模型的三維立體圖形。
全文摘要
本發(fā)明涉及測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)及其應(yīng)用，它包括至少一個(gè)激光測(cè)距儀、一臺(tái)計(jì)算機(jī)、至少一組CCD攝像機(jī)和分別與每組CCD攝像機(jī)相連的圖像采集卡，激光測(cè)距儀上裝有控制激光測(cè)距儀繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)，繞X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)、繞Z軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)和激光測(cè)距儀分別與一個(gè)接線端口的輸入端相連，接線端口輸出端和圖像采集卡分別與上述計(jì)算機(jī)相連，本發(fā)明的測(cè)量三維空間的數(shù)字?jǐn)z像和激光系統(tǒng)組合了數(shù)字圖像和激光技術(shù)，以激光高速掃描整個(gè)模型，CCD記錄圖像，只需在幾小時(shí)內(nèi)就可完成大型模型地形的全部測(cè)量并獲得精確測(cè)量結(jié)果，填補(bǔ)了動(dòng)床河工模型試驗(yàn)地形三維測(cè)量分析方法的空白。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1731087SQ20051009049
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者曲兆松 申請(qǐng)人:曲兆松