專利名稱：測量三維空間的數字攝像和激光系統及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及了一種三維空間測量系統，特別是涉及了一種測量三維空間的數字攝像和激光系統。
背景技術：
目前，水上地形測量主要是利用水準儀加人工測量的方法進行，即由人工扶標尺于測量點，通過水準儀讀取測量點的高程。該方法費時、費力，對于大模型至少需要兩個人(一人扶尺，一人讀數)，且精度不高，人工扶尺容易傾斜，且水平定位不準，主觀因素影響很大。該方法需要逐點一一測量，所以要花費幾天才能測完一個普通的試驗組次。
中國實用新型專利ZL03263877.9公開了一種激光測距工程放線測量儀，它使用該儀器來解決危險地區的直線測量距離的問題。而數字攝像通常用于監測實時的動態畫面。
本發明的目的在于克服上述缺陷，結合數字攝像和激光測距的各自優勢，而提供一種自動化程度高、省時、省力的測量三維空間的數字攝像和激光系統及其應用。
發明內容
本發明的一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，它包括至少一個激光測距儀和一臺計算機，其中它還包括至少一組CCD攝像機、分別與每組CCD攝像機相連的圖像采集卡，激光測距儀上裝有控制激光測距儀繞X軸或Y軸旋轉的步進電機和繞Z軸旋轉的步進電機，繞X軸或Y軸旋轉的步進電機、繞Z軸旋轉的步進電機和激光測距儀分別與一個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算機相連。
本發明的一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其中所述CCD攝像機的組數分別與激光測距儀的個數、圖像采集卡的個數和接線端口的個數是相同的。
本發明的一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其中所述CCD攝像機的組數為1-30組。
本發明的一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其中所述每組CCD攝像機的個數為1-30個。
本發明的一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其中所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是相同的。
本發明的一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其中所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是不相同的。
本發明的一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其中用該系統測量動床河工模型，將每組CCD攝像機的每個CCD攝像機分別放置在動床河工模型的不同部位，它接收與其相對應的激光測距儀射向動床河工模型的光斑，對動床河工模型X軸和Y軸方向的地形進行監控，激光測距儀本身對動床河工模型Z軸方向的地形進行監控，CCD攝像機和激光測距儀將所得到的信號傳送給計算機，隨著繞X軸或Y軸旋轉的步進電機和繞Z軸旋轉的步進電機的不停的旋轉，重復上述測量步驟，得出多個不同光斑的空間位置，由多組CCD攝像機、多個圖像采集卡和多個激光測距儀組合，測出整個動床河工模型的三維立體圖形。
本發明與現有技術相比有以下優點本發明的測量三維空間的數字攝像和激光系統組合了數字圖像和激光技術，以激光高速掃描整個模型，CCD記錄圖像，經過系統程序分析，只需在幾小時內就可以完成大型模型地形的全部測量并獲得精確的測量結果，而且應用本系統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前后地形的變化，填補了河工動床試驗地形自動化三維測量分析方法的空白。
圖1是本發明的測量三維空間的數字攝像和激光系統的示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發明的測量三維空間的數字攝像和激光系統包括至少一組CCD攝像機、分別與每組CCD攝像機相連的圖像采集卡1，2......m、一臺與圖像采集卡1，2......m相連的計算機1001和至少一個激光測距儀101，201......m01，激光測距儀101，201......m01上裝有控制激光測距儀101，201......m01繞X軸或Y軸旋轉的步進電機103，203......m03和繞Z軸旋轉的步進電機102，202......m02，繞X軸或Y軸旋轉的步進電機103，203......m03、繞Z軸旋轉的步進電機102，202......m02和激光測距儀101，201......m01分別與一個接線端口104，204......m04的輸入端相連，接線端口104，204......m04的輸出端與上述計算機1001相連。CCD攝像機的組數分別與激光測距儀101，201......m01的個數、圖像采集卡1，2......m的個數和接線端口104，204......m04的個數是相同的。
根據不同的需求，CCD攝像機的組數和每組CCD攝像機的個數是可以任意選擇的，一般來說，CCD攝像機的組數為1-30組，每組CCD攝像機的個數為1-30個，每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數可以是相同的，也可以是不同的。
使用本發明測量三維空間的數字攝像和激光系統來測量動床河工模型的步驟如下將每組CCD攝像機的每個CCD攝像機分別放置在動床河工模型的不同部位，它接收與其相對應的激光測距儀101，201......m01射向動床河工模型的光斑，對動床河工模型X軸和Y軸方向的地形進行監控，激光測距儀101，201......m01本身對動床河工模型Z軸方向的地形進行監控，CCD攝像機和激光測距儀101，201......m01將所得到的信號傳送給計算機1001，隨著繞X軸或Y軸旋轉的步進電機103，203......m03和繞Z軸旋轉的步進電機102，202......m02的不停的旋轉，重復上述測量步驟，得出多個不同光斑的空間位置，由多組CCD攝像機、多個圖像采集卡和多個激光測距儀組合，可以測出整個動床河工模型的三維立體圖形。
本發明的工作原理如下從圖1可以看出一組CCD攝像機與一個圖像采集卡和一個激光測距儀相匹配，激光測距儀發射出激光照到要動床河工模型上，CCD攝像機接收照到動床河工模型上的光斑，對動床河工模型平面的X軸和Y軸方向進行測量，而激光測距儀本身可以測得光斑的Z軸方向的位置，激光測距儀、CCD攝像機將測得的結果傳送給計算機，經過計算機的處理，可以得出一個光斑的空間位置，隨著繞X軸或Y軸旋轉的步進電機和繞Z軸旋轉的步進電機的不停的旋轉(步進電機的旋轉由計算機進行控制)，激光測距儀發射的激光在動床河工模型上的光斑位置不斷地改變，與其相匹配的CCD攝像機由此測出不同的動床河工模型的X軸和Y軸方向的位置，而激光測距儀測得光斑的Z軸方向的位置，因此系統就可以測出多個不同光斑的空間位置。由多組CCD攝像機、多個圖像采集卡和多個激光測距儀組合，可以測出整個動床河工模型的三維立體圖形。
系統的安裝工作包括固定攝像機、激光器及其控制器，安裝完成后，在每個攝像機的視野里找到模型上的兩個標定點，利用該點的模型坐標和圖像象素坐標建立每個攝像機的空間坐標和圖像坐標的轉換關系。
安裝完成后就可以進行測量了，用戶可以通過系統提供的界面指定測量區域。步進電機帶動激光器旋轉使光斑落在測量區域的起始位置。攝像機采集光斑所在區域的圖像并傳輸到計算機內存。因激光測距需要一定的時間，系統采用多線程工作模式，提高系統的工作速度。因此圖像傳輸到計算機內存后，系統并不馬上處理，而是起動激光測距儀開始測量激光到光斑的空間距離；在測距過程中，系統載入圖像，以設定的光斑位置為中心開一個窗口，窗口內的值經傅立葉變換后自動搜索二值化所需的閾值，找到光斑的準確位置并保存，連結激光器，調入激光測得的距離值保存。得到激光的距離值后立刻控制步進電機移動光斑到下一個測量點，然后開始采集圖像。重復上述的步驟，直到掃描完成整個測量區域。系統根據測量得到的空間坐標，三維的顯示出測量結果，畫出等高線圖，最終的結果以純文本方式保存成文件，便于以后調用。同時，可以輸出CAD兼容的圖形格式文件。
以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發明的精神的情況下，本發明可以作任何形式的修改。
權利要求
1.一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，它包括至少一個激光測距儀(101，201......m01)和一臺計算機(1001)，其特征在于它還包括至少一組CCD攝像機、分別與每組CCD攝像機相連的圖像采集卡(1，2......m)，激光測距儀(101，201......m01)上裝有控制激光測距儀(101，201......m01)繞X軸或Y軸旋轉的步進電機(103，203......m03)和繞Z軸旋轉的步進電機(102，202......m02)，繞X軸或Y軸旋轉的步進電機(103，203......m03)、繞Z軸旋轉的步進電機(102，202......m02)和激光測距儀(101，201......m01)分別與一個接線端口(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)分別與上述計算機(1001)相連。
2.如權利要求1所述一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其特征在于所述CCD攝像機的組數分別與激光測距儀(101，201......m01)的個數、圖像采集卡(1，2......m)的個數和接線端口(104，204......m04)的個數是相同的。
3.如權利要求2所述一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其特征在于所述CCD攝像機的組數為1-30組。
4.如權利要求3所述一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其特征在于所述每組CCD攝像機的個數為1-30個。
5.如權利要求4所述一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其特征在于所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是相同的。
6.如權利要求4所述一種測量三維空間的數字攝像和激光系統，其特征在于所述每組CCD攝像機所包括的CCD攝像機的個數是不相同的。
7.如權利要求6所述一種測量三維空間的數字攝像和激光系統的應用，其特征在于用該系統測量動床河工模型，將每組CCD攝像機的每個CCD攝像機分別放置在動床河工模型的不同部位，它接收與其相對應的激光測距儀(101，201......m01)射向動床河工模型的光斑，對動床河工模型X軸和Y軸方向的地形進行監控，激光測距儀(101，201......m01)本身對動床河工模型Z軸方向的地形進行監控，CCD攝像機和激光測距儀(101，201......m01)將所得到的信號傳送給計算機(1001)，隨著繞X軸或Y軸旋轉的步進電機(103，203......m03)和繞Z軸旋轉的步進電機(102，202......m02)的不停的旋轉，重復上述測量步驟，得出多個不同光斑的空間位置，由多組CCD攝像機、多個圖像采集卡和多個激光測距儀組合，測出整個動床河工模型的三維立體圖形。
全文摘要
本發明涉及測量三維空間的數字攝像和激光系統及其應用，它包括至少一個激光測距儀、一臺計算機、至少一組CCD攝像機和分別與每組CCD攝像機相連的圖像采集卡，激光測距儀上裝有控制激光測距儀繞X軸或Y軸旋轉的步進電機和繞Z軸旋轉的步進電機，繞X軸或Y軸旋轉的步進電機、繞Z軸旋轉的步進電機和激光測距儀分別與一個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算機相連，本發明的測量三維空間的數字攝像和激光系統組合了數字圖像和激光技術，以激光高速掃描整個模型，CCD記錄圖像，只需在幾小時內就可完成大型模型地形的全部測量并獲得精確測量結果，填補了動床河工模型試驗地形三維測量分析方法的空白。
文檔編號G01B11/00GK1731087SQ20051009049
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月17日 優先權日2005年8月17日
發明者曲兆松 申請人:曲兆松
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
