專利名稱：一種單點測距系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測距技術，具體說，涉及一種測量本地到目標點之間測距的 單點測距系統(tǒng)。
背景技術：
激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，其誤差僅為其它光學測距儀 的五分之一到數(shù)百分之一，因而被廣泛用于地形測量，戰(zhàn)場測量，坦克、飛機、艦艇和火炮對 目標的測距，測量云層、飛機、導彈以及人造衛(wèi)星的高度等。同時，也是提高高坦克、飛機、艦 艇和火炮精度的重要技術裝備。激光測距儀是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器。現(xiàn)有激光測距儀在工 作時向目標射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束 從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。如果光以速度c在空氣中傳播在A、 B兩點間往返一次所需時間為t，則A、B兩點間距離D可用D = ct/2表示，式中D表示A、B 兩點間距離，c表示光在大氣中傳播的速度，t表示光往返A、B —次所需的時間。由上式可 知，要測量A、B距離實際上是要測量光傳播的時間t，根據(jù)測量時間方法的不同，通?？煞?為脈沖式和相位式兩種測量形式。相位式是用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調(diào)制 并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所 代表的距離。但是，上述的激光測距技術對于電子器件的要求極高，所以，造成激光測距儀的制 造成本居高不下，限制了大范圍推廣使用。如圖1所示，是現(xiàn)有技術中影像感測裝置的結構示意圖。影像感測裝置100的結 構包括圖像傳感器101和鏡頭102。影像感測裝置100可以選用數(shù)碼攝像機或者數(shù)碼照 相機。圖像傳感器能夠將照射到其上的光形成圖像數(shù)據(jù)。圖像傳感器可以采用電荷藕合器 件圖像傳感器(CCD，Charge CoupledDevice)或者互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-OxideSemiconductor)。
實用新型內(nèi)容本實用新型所解決的技術問題是提供一種單點測距系統(tǒng)，由于測距算法簡單，所 以可以大大降低對電子器械的要求。技術方案如下一種單點測距系統(tǒng)，包括激光器和影像感測裝置，所述影像感測裝置包括鏡頭和 圖像傳感器；所述激光器發(fā)射激光到目標物，影像感測裝置捕獲所述目標物反射回來的激 光束，還包括數(shù)值運算模塊和顯示屏，所述圖像傳感器將反射激光束形成的圖像信息發(fā)送 到所述數(shù)值運算模塊；所述數(shù)值運算模塊根據(jù)所述圖像信息、激光器和影像感測裝置之間 的距離以及鏡頭和圖像傳感器之間的距離得出本地到所述目標物的距離數(shù)據(jù)，并將所述距 離數(shù)據(jù)發(fā)送到所述顯示屏。[0009]進一步還包括橫梁和支架，所述激光器和影像感測裝置設置在所述橫梁上，所述 橫梁固定在所述支架上。進一步所述橫梁設置有激光器轉軸，所述激光器通過所述激光器轉軸固定在所 述橫梁上。進一步所述橫梁設置有橫梁轉軸，所述橫梁通過所述橫梁轉軸固定在所述支架 上。進一步所述橫梁設置有影像感測裝置轉軸，所述影像感測裝置通過所述影像感 測裝置轉軸固定在所述橫梁上。進一步還包括主板，所述數(shù)值運算模塊和顯示屏設置在所述主板上，所述主板用 于為所述數(shù)值運算模塊和顯示屏提供電路。進一步還包括橫梁和支架，所述主板、數(shù)值運算模塊和顯示屏設置在所述橫梁。進一步所述圖像傳感器采用電荷藕合器件圖像傳感器或者互補性氧化金屬半導 體。進一步所述鏡頭前端設置有濾光片，所述濾光片用于過濾掉干擾光。 本實用新型技術方案帶來的技術效果包括1、本實用新型和現(xiàn)有的激光測距技術完全不同，提供了一種全新的測距方式，由 于測距算法簡單，所以可以大大降低對電子器械的要求，便于大面積推廣。2、在建筑施工、建筑安裝、房屋測量等活動中，經(jīng)常需要測量兩點之間距離，目前 所采用的方法基本上采用皮尺或卷尺進行丈量，測量時常常需要兩個人來進行，有時因現(xiàn) 場環(huán)境復雜、測量點不易到達甚至不能到達，給測量造成不便。而本實用新型使用方便，非 常適合于復雜條件下使用。3、本實用新型“所見即所量”，只需將裝置放置在一點，將所發(fā)射的激光指向所需 測量的另一點即可看到測量數(shù)據(jù)；使用時只需一人便可測量距離，測量兩點只需到達一點 即可，而另一點可以是難以到達或無法到達的位置。
圖1是現(xiàn)有技術中影像感測裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型中測距系統(tǒng)的工作示意圖；圖3是本實用新型中得出反射光線夾角和反射點距離的示意圖；圖4是本實用新型中光電荷耦合器件圖像傳感器傾斜45°角的工作示意圖；圖5是本實用新型中得出CCD傾斜后反射光線夾角的示意圖；圖6是本實用新型中設置有激光器轉軸、橫梁轉軸和影像感測裝置轉軸的系統(tǒng)的 工作示意圖；圖7是本實用新型中設置有激光轉軸、橫梁轉軸和影像感測裝置轉軸的系統(tǒng)在出 射角度不是90°角的工作示意圖；圖8是本實用新型中出射角度不是90°時得出反射光線夾角和反射點距離的示 意圖；圖9是本實用新型中得出圖8示例反射光線夾角和反射點距離的示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種全新的測距方法，可以便捷有效地測量出目標位置到系統(tǒng) 之間的距離。以激光源為光源點，以目標點為光反射點，以影像感測裝置為光接收點，構建 光源點、光源反射點和光接收點三點之間的三角關系，并通過影像感測裝置獲得反射點到 光源點之間的夾角(即反射角)，利用光接收點與光源點之間的距離、激光束的發(fā)射角和反 射角獲得本地到目標點之間距離，達到測距的目的。為了計算方便，通常激光束的發(fā)射角為 直角。當圖像傳感器采用CXD時，上述反射角通過以下方式獲得 穿過鏡頭102垂直于(XD101所在平面作垂線，以該垂線和(XD101的交點為設定 基點；如果影像感測裝置100的結構確定，則(XD101到鏡頭102的距離是確定的。當有激 光射到(XD101上時，會在(XD101上形成光點，就會得到光點到設定基點之間的距離；這樣， 鏡頭102、光點、設定基點就會構成一個直角三角形，利用CCDlOl到鏡頭102的距離、光點到 設定基點的距離得到反射激光和CCDlOl之間的夾角。如果CCDlOl與光源點和光接收點的 連線平行，則反射激光和CCDlOl之間的夾角就等于反射角；如果CCDlOl有旋轉角度，則反 射點到光源點之間的夾角的數(shù)值等于反射激光和CCDlOl之間的夾角減去旋轉角度。下面參考附圖和優(yōu)選實施例，對本實用新型技術方案做詳細說明。如圖2所示，是本實用新型中系統(tǒng)的工作示意圖。本優(yōu)選實施例中，激光器201和 影像感測裝置100在一條直線上；當測定遠處目標點206的距離時，激光器201以垂直于該 直線的角度發(fā)射激光束(即發(fā)射角為直角)，影像感測裝置100捕獲目標點206反射回來的 激光束。系統(tǒng)的結構包括激光器201、橫梁202、影像感測裝置100、主板203，以及設置在 主板203上的數(shù)值運算模塊204和顯示屏205 ；其中，激光器201和影像感測裝置100固定 在橫梁202上，激光器201作為光源用于向目標點206發(fā)射激光束；目標點206反射照射到 自身的激光束，影像感測裝置100用于捕捉目標點206反射回來的激光束，并將激光束形成 的圖像信息發(fā)送到數(shù)值運算模塊204 ；數(shù)值運算模塊204接收圖像信息，測定圖像信息上光 點到設定基點之間的距離，同時，數(shù)值運算模塊204中設定有鏡頭102中心點到CCDlOl之 間的距離以及鏡頭102到激光器201之間的距離，數(shù)值運算模塊204根據(jù)光點到設定基點 之間的距離和鏡頭102中心點到CCDlOl之間的距離得出激光束的反射角，根據(jù)該反射角和 鏡頭102到激光器201之間的距離得出目標點206到激光器201的距離，并將該距離以數(shù) 據(jù)的形式發(fā)送到顯示屏205進行顯示；主板203用于為數(shù)值運算模塊204和顯示屏205提 供電路系統(tǒng)。主板203、數(shù)值運算模塊204和顯示屏205可以設置在橫梁202上，其中，顯示 屏205和數(shù)值運算模塊204設置在主板203上，主板203用于為數(shù)值運算模塊204和顯示 屏205提供電路系統(tǒng)。當然，數(shù)值運算模塊204和顯示屏205各自可以采用單獨的電路，這 種情況下主板203可以省略。另外，激光器201、影像感測裝置100和主板203也可以設置 在專用的外殼或者部件上，這樣可以省略此處的橫梁202。為了方便測量，可以為系統(tǒng)配置一個起固定作用的支架，通過橫梁202將系統(tǒng)固 定在該支架上。為了有效捕捉反射回來的激光束，可以在鏡頭102前端設置濾光片，通過濾 光片可以有效過濾掉干擾光。如圖3所示，是本實用新型中得出反射光線夾角和反射點距離的示意圖。設定目標點206為點C，激光器201為點B，基線穿過鏡頭102中心點0，基線和(XD101的垂直交 點是設定基點P，激光束在(XD101形成點A，(XD101和線段B0平行，CB0的角度為90°角。 如果激光束在CCD101上形成的光點較大，則取該光點的中心作為點A。由于(XD101和線段B0平行，所以Z c = Z a，Z c代表反射激光束和(XD101的 夾角，Z a代表反射激光束水平方向的夾角；Z c = arctgOP/PA, OP代表線段0P的長度， PA代表線段PA的長度；CB = B0XtgZa, B0代表線段B0的長度，CB為激光器201到目 標點206的距離數(shù)據(jù)。測量系統(tǒng)到目標點206的距離的方式固化在數(shù)值運算模塊204中， 即數(shù)值運算模塊204測出線段PA的長度后，就可以利于公式Z c = arctgOP/PA和CB = BOXtgZa得出系統(tǒng)到目標點206的距離數(shù)據(jù)。如圖4所示，是本實用新型中光電荷耦合器件圖像傳感器100傾斜45°角的工作 示意圖。當目標點206距離激光器201較近時，激光器201同樣以垂直于水平方向發(fā)射激 光束，由于目標點206反射回來的激光束傾斜較大，激光束有可能打不到CCD101上，使得 CCD101不能有效成像。為了解決這個問題，固定影像感測裝置100時，預先使影像感測裝置 100傾斜一定的角度，使得CCD101不再和線段B0平行，而是形成一個小于90°的夾角。本 優(yōu)選實施例中，(XD101和線段B0之間的夾角為45°角。如圖5所示，是本實用新型中得出CCD傾斜后反射光線夾角的示意圖。按照圖3 中的方法建立三角關系，線段0A的延長線和水平線的交點為Q。設定此時得到的反射激光 束和傾斜后的(XD101的夾角為Z c，(XD101的傾斜角為Z d(即(XD101和水平線的夾角)， 則反射激光束水平方向的夾角為Z c-Zd0測量系統(tǒng)到目標點206的距離的方式固化在數(shù)值運算模塊204中，即數(shù)值 運算模塊204測出線段PA的長度后，就可以利用公式Z c = arctgOP/PA和CB = B0Xtg( Z c- Z d)得出系統(tǒng)到目標點206的距離數(shù)據(jù)。如圖6所示，是本實用新型中設置有激光器轉軸601、橫梁轉軸602和影像感測裝 置轉軸603的系統(tǒng)的工作示意圖。為了進一步便于測量距離和捕捉反射回來的激光束，在 橫梁202上設置有激光器轉軸601、橫梁轉軸602和影像感測裝置轉軸603 ；激光器201通 過該激光器轉軸601固定在橫梁202上，并且，激光器201通過該激光器轉軸601可以實現(xiàn) 水平轉動，以便于對準目標點206 ；影像感測裝置100通過該影像感測裝置轉軸603固定在 橫梁202上，并且，影像感測裝置100通過影像感測裝置轉軸603可以實現(xiàn)水平轉動，以便 于捕捉反射回來的激光束；系統(tǒng)固定在支架上時，系統(tǒng)通過橫梁轉軸602實現(xiàn)垂直方向轉 動。通過操作激光器轉軸601、橫梁轉軸602和影像感測裝置轉軸603，可以很方便實現(xiàn)對 準目標點206和捕捉反射回來的激光束。如圖7所示，是本實用新型中設置有激光轉軸、橫梁轉軸和影像感測裝置轉軸的 系統(tǒng)在出射角度不是90°角的工作示意圖。激光束發(fā)射的水平夾角是76. 4°，目標點206 反射的激光束水平夾角是71. 8°。如圖8所示，是本實用新型中出射角度不是90°時得出反射光線夾角和反射點距 離的示意圖。設定目標點206為點C，激光器201為點B，基線穿過鏡頭102中心點0，基線 和(XD101的垂直交點是設定基點P，激光束在(XD101形成點A，(XD101和線段B0平行；過 C點向線段B0做垂線，交點是D。由于(XD101和線段B0平行，所以Z c = Z a，Z c代表反射激光束和(XD101的夾角，Z a代表反射激光束水平方向的夾角；Z C = arctgOP/PA, OP代表線段OP的長度，PA 代表線段PA的長度；Z b為激光器201的發(fā)射角度，Z b為90°減去激光器201的偏移角
度。 由上述關系可以得出B0 = BD+D0，CD = tgaXD0，CD = tgbXBD，BO 代表線段 BO 的長度，⑶為系統(tǒng)到目標點206之間的距離，BO表示激光器201到鏡頭102的中心點0之 間的距離；通過上述關系即可得到系統(tǒng)到目標點206之間的距離⑶。同樣，測量系統(tǒng)到目標點206的距離的計算方法固化在數(shù)值運算模塊204中，即數(shù) 值運算模塊204測出線段PA的長度后，就可以得出目標點206的距離數(shù)據(jù)，并將該距離數(shù) 據(jù)發(fā)送到顯示屏205進行顯示。如圖9所示，本實用新型中得出圖8示例反射光線夾角和反射點距離的示意圖。設 定目標點206為點C，激光器201為點B，鏡頭102中心為點0，BO為水平線，基線穿過鏡頭 102中心點0和(XD101的垂直交點是設定基點P，激光束在(XD101形成點A，線段OA的延 長線和水平線的交點為Q ；射出激光束和線段BO的夾角是Z b，反射的激光束與CCDlOl形 成的夾角為Z c, (XD101的水平夾角為Z d，則反射激光束水平方向的夾角為Z C- Z d。數(shù)值運算模塊204測出線段PA的長度后，就可以利于公式Z c = arctgOP/PA來 得到Z c的角度，Z d為CCDlOl傾斜時設定，所以可以得到反射激光束水平方向的夾角為 Zc-Zd5Zb為激光器201的發(fā)射角度，Z b為90°減去激光器201的偏移角度。由上述關系可以得出B0 = BD+DO, CD = tg( Z c- Z d) XDO, CD = tgbXBD, BO 代表線段BO的長度，⑶為系統(tǒng)到目標點206之間的距離，BO表示激光器201到鏡頭102的 中心點0之間的距離；通過上述關系即可得到系統(tǒng)到目標點206之間的距離⑶。同樣，測量系統(tǒng)到目標點206的距離的計算方法固化在數(shù)值運算模塊204中，即數(shù) 值運算模塊204測出線段PA的長度后，就可以得出目標點206的距離數(shù)據(jù)，并將該距離數(shù) 據(jù)發(fā)送到顯示屏205進行顯示。
權利要求一種單點測距系統(tǒng)，包括激光器和影像感測裝置，所述影像感測裝置包括鏡頭和圖像傳感器；所述激光器發(fā)射激光到目標物，影像感測裝置捕獲所述目標物反射回來的激光束，其特征在于，還包括數(shù)值運算模塊和顯示屏，所述圖像傳感器將反射激光束形成的圖像信息發(fā)送到所述數(shù)值運算模塊；所述數(shù)值運算模塊根據(jù)所述圖像信息、激光器和影像感測裝置之間的距離以及鏡頭和圖像傳感器之間的距離得出本地到所述目標物的距離數(shù)據(jù)，并將所述距離數(shù)據(jù)發(fā)送到所述顯示屏。
2.如權利要求1所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于還包括橫梁和支架，所述激光器和影 像感測裝置設置在所述橫梁上，所述橫梁固定在所述支架上。
3.如權利要求2所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于所述橫梁設置有激光器轉軸，所述激 光器通過所述激光器轉軸固定在所述橫梁上。
4.如權利要求2所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于所述橫梁設置有橫梁轉軸，所述橫梁 通過所述橫梁轉軸固定在所述支架上。
5.如權利要求2所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于所述橫梁設置有影像感測裝置轉軸， 所述影像感測裝置通過所述影像感測裝置轉軸固定在所述橫梁上。
6.如權利要求1所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于還包括主板，所述數(shù)值運算模塊和顯 示屏設置在所述主板上，所述主板用于為所述數(shù)值運算模塊和顯示屏提供電路。
7.如權利要求6所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于還包括橫梁和支架，所述主板、數(shù)值 運算模塊和顯示屏設置在所述橫梁。
8.如權利要求1所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于所述圖像傳感器采用電荷藕合器件 圖像傳感器或者互補性氧化金屬半導體。
9.如權利要求1所述單點測距系統(tǒng)，其特征在于所述鏡頭前端設置有濾光片，所述濾 光片用于過濾掉干擾光。
專利摘要本實用新型公開了一種單點測距系統(tǒng)，包括激光器和影像感測裝置，所述影像感測裝置包括鏡頭和圖像傳感器；所述激光器發(fā)射激光到目標物，影像感測裝置捕獲所述目標物反射回來的激光束，還包括數(shù)值運算模塊和顯示屏，所述圖像傳感器將反射激光束形成的圖像信息發(fā)送到所述數(shù)值運算模塊；所述數(shù)值運算模塊根據(jù)所述圖像信息、激光器和影像感測裝置之間的距離以及鏡頭和圖像傳感器之間的距離得出本地到所述目標物的距離數(shù)據(jù)，并將所述距離數(shù)據(jù)發(fā)送到所述顯示屏。本實用新型由于測距算法簡單，所以可以大大降低對電子器械的要求。
文檔編號G01S17/48GK201615948SQ201020122428
公開日2010年10月27日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權日2010年2月9日
發(fā)明者盧波 申請人:盧波