本發(fā)明涉及立體攝影測量學(xué)，涉及圖像分析，尤指一種基于光電開關(guān)的激光測距空間成像的方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)三維建模通常使用3dsmax、autocad等建模軟件，基于影像數(shù)據(jù)、cad平面圖或者拍攝圖片估算建筑物輪廓與高度等信息進(jìn)行人工建模，這種方式制作出的模型數(shù)據(jù)精度較低、需要大量的人工參與、數(shù)據(jù)制作周期較長；傾斜攝影需要拍攝大量平面照片，利用后臺軟件進(jìn)行超大量分析處理，精度和速度有所提高，但由于采集的平面照片數(shù)據(jù)與實(shí)際場景失真很大，現(xiàn)場還原度對計(jì)算軟件處理方法依賴巨大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光電開關(guān)的激光測距空間成像的方法。直接采集物體的顏色和空間位置，直接形成實(shí)際現(xiàn)場的三維精確數(shù)據(jù)，不借助復(fù)雜處理的后臺計(jì)算軟件、全過程實(shí)現(xiàn)自動化、周期短、工作量小。在圖像上可直接得到任意兩點(diǎn)的空間距離和空間角度信息，且形成的圖像(模型)可直接放入“googleearth”中。

向量激光儀是一種基于光電開關(guān)的激光測距攝像儀，通過對物體直接拍照，測出物體上各點(diǎn)(相對于向量激光儀焦點(diǎn))的三維空間位置而直接形成三維立體圖。本申請人對此一儀器與本申請同日申請了中國實(shí)用新型專利《一種向量激光儀系統(tǒng)》

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種基于向量激光儀立體成像的方法，其特征在于包括如下步驟：

s1、明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)；

s2、對向量激光儀選用合適的拍攝模式；

s3、現(xiàn)場布點(diǎn)；

s4、向量激光儀參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)設(shè)置坐標(biāo)；

s5、向量激光儀各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，成像。

說明：

關(guān)于拍攝模式，根據(jù)拍攝點(diǎn)和角度可分為：單點(diǎn)單角度拍攝、聯(lián)合拍攝(多點(diǎn)定角度)、逐點(diǎn)拍攝或軌跡模式(多點(diǎn)定角度)、錄像模式(單點(diǎn)單角度連續(xù)拍攝)、感知模式(多點(diǎn)多角度)無種。

關(guān)于現(xiàn)場布點(diǎn):考慮布點(diǎn)個數(shù)和布點(diǎn)距離兩方面，最基本的布點(diǎn)是對角布點(diǎn)(2點(diǎn)立方體或棱柱體、4點(diǎn)立方體或棱柱體、6面立方體或棱柱體)。

關(guān)于參考點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置：向量激光儀按“設(shè)置為參考點(diǎn)”按鈕，自動設(shè)置該點(diǎn)坐標(biāo)(接收gps定位信息或置為0)。

向量激光儀觀測點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置：有g(shù)ps差分定位法、內(nèi)部(位移感知器)感知法、畫中取基準(zhǔn)點(diǎn)三種方式，其中g(shù)ps定位精度尚可且成像后可直接放入地圖數(shù)據(jù)(googleearth)中，內(nèi)部感知法精度不高在探險、隧道、海底、野外等接受不到gps地方專用，畫中取點(diǎn)精度最高、在聯(lián)合拍攝中用的較多。

向量激光儀全角度拍攝：合理選擇觀測點(diǎn)上水平和垂直拍照張數(shù)，將該物體落在該觀測點(diǎn)的部分全部覆蓋。

向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍：在向量激光儀(或電腦)上瀏覽成像數(shù)據(jù)圖，對圖中缺失部分或不清楚部分專門靠近拍攝。

本發(fā)明的有益效果是：直接采集現(xiàn)實(shí)世界的三維坐標(biāo)和顏色信息，可直接用于3d建模，3d打印、方位、距離測量等。全過程實(shí)現(xiàn)自動化、周期短、工作量小。在圖像上可直接得到任意兩點(diǎn)的空間距離和空間角度信息，且形成的圖像(模型)可直接放入“googleearth”中。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

圖1是物體6面布點(diǎn)法示意圖。

圖2是布點(diǎn)及視角示意圖。

圖3是2點(diǎn)法拼接舞臺示意圖。

圖4是六邊形舞臺布點(diǎn)示意圖。

圖5是房間布點(diǎn)俯視示意圖。

圖6是航拍網(wǎng)格(對角)布點(diǎn)俯視示意圖。

圖7是航拍012、023、s12,23正視示意圖。

圖8是車載攝像頭布點(diǎn)正視示意圖。

圖9是車載攝像頭布點(diǎn)俯視示意圖。

圖10是探險立體成像感知模式(軟)布點(diǎn)圖。

圖11是錄像模式判斷地面和行走圖。

圖12是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方框圖。

圖13是基于納米激光發(fā)射陣列向量激光攝像頭原理示意圖。

圖14是基于光開關(guān)向量激光攝像頭原理示意圖。

圖中：1為mpu控制器、2為向量激光攝像頭、3為普通攝像頭、4為角度感知器、5為位置感知器、6為存儲芯片、7為屏幕、8為麥克風(fēng)、9為揚(yáng)聲器、10為外部接口、11為步進(jìn)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)上步的描述。

實(shí)施例一：人物寫真

1.1個體寫真

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)；

成像要求：主分辨精度1mm，動態(tài)捕捉人物瞬間；

現(xiàn)場尺寸：人物最大長寬高為0.5m、0.2m、2.2m；

向量激光儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/4000rad，視角水平、垂直均為90°；

觀測點(diǎn)坐標(biāo)定位方式：本實(shí)施例用畫中基準(zhǔn)點(diǎn)方式；

s2：選用合適的拍攝模式；

向量激光儀采取聯(lián)合成像模式：在各觀測點(diǎn)均布置一臺攝像機(jī)，且各攝像機(jī)由一臺電腦控制；

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)；

布點(diǎn)可以隨意控制，只要滿足對象全覆蓋、精度要求即可；最全面的布點(diǎn)是6面立方體法，即上下前后左右都布點(diǎn)，見圖1；

本實(shí)施例采取2點(diǎn)立方體法(簡化的對角布點(diǎn))，視角布置成正方形，邊長為2.3m，見圖2；滿足對景物(人)全覆蓋，且離攝像機(jī)最遠(yuǎn)點(diǎn)(1與2之間)精度為滿足拍攝要求；

δs＝k×l(1)

其中δs為成像主誤差、k為向量激光儀最小分辨角度、l為該點(diǎn)到攝像機(jī)的具體；s4、設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)；

參考點(diǎn)坐標(biāo)：在計(jì)算機(jī)畫面中，選定向量激光儀1并按“設(shè)為參考點(diǎn)”按鈕；

觀測點(diǎn)：步驟1：將桿頭帶有標(biāo)記(足夠清晰、直徑5mm的圓球)的立桿置于圖2“立方體”(有效成像區(qū)域)中；

步驟2：在計(jì)算機(jī)畫面中按“同時拍設(shè)”按鈕(相當(dāng)于所有向量激光儀同時按“拍攝”)；

步驟3：選取向量激光儀1照片中標(biāo)記點(diǎn)(圓球)按“圖中基準(zhǔn)點(diǎn)”按鈕，則照片1中自動計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)、同時自動計(jì)算圖片2中攝像機(jī)2坐標(biāo)；

步驟4：取走立桿；

s5、向量激光儀各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝；

人進(jìn)入有效成像區(qū)域(“立方體”)，在計(jì)算機(jī)上按“聯(lián)合拍照”按鈕(相當(dāng)于所有向量激光儀同時拍攝)；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍。

在計(jì)算機(jī)上按“照片瀏覽”按鈕，人物立體寫真圖，可計(jì)算各部件尺寸大小、相對位置等。

1.2舞臺寫真

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)；

成像要求：主分辨精度2mm，連續(xù)動態(tài)捕捉人物動作；

現(xiàn)場尺寸：舞臺長寬高為15m、15mm、5m；

向量激光儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平、垂直均為90°；

觀測點(diǎn)坐標(biāo)定位方式：畫中基準(zhǔn)點(diǎn)；

s2：向量激光儀選用合適的拍攝模式；

向量激光儀采取聯(lián)合成像模式；

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)

采用2點(diǎn)立方體拼接成大舞臺；采取3×3×1的邊長為5.5m“立方體”(最遠(yuǎn)點(diǎn)主精度1/5000×5.5×1.732＝1.9mm)拼接的舞臺，見圖3邊上點(diǎn)o11、o21布置在“立方體”下頂點(diǎn)，o21、o22布置在“立方體”上頂點(diǎn)，取“立方體”s1、s2重疊(即圖中陰影部分)寬度0.2m，舞臺長寬尺寸為5.5+5.3+5.3＝16.1m、高度5.5m，滿足要求；

當(dāng)然，為了得到更全面角度覆蓋，可以在每個“立方體”另一對頂點(diǎn)增加兩臺攝像機(jī)構(gòu)成“4點(diǎn)立方體“法；此時需要的攝像機(jī)共9×4＝36臺；

s4、向量激光儀設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)

參考點(diǎn)坐標(biāo)：在計(jì)算機(jī)畫面中，選定向量激光儀o11并按“設(shè)為參考點(diǎn)”按鈕；

觀測點(diǎn)：步驟1：將桿頭帶有標(biāo)記(足夠清晰、直徑5mm的圓球)的立桿置于圖3中s1、s2、s3、s4重疊區(qū)(陰影)；

步驟2：在計(jì)算機(jī)畫面中選o11、o12、o21、o22、o31、o32、o41、o42向量激光儀按“聯(lián)合拍設(shè)”按鈕；

步驟3：選取向量激光儀o11拍攝照片中標(biāo)記點(diǎn)(圓球)按“圖中基準(zhǔn)點(diǎn)”按鈕，則其他觀測點(diǎn)(o12-o42)坐標(biāo)(依據(jù)已知坐標(biāo)點(diǎn)o11和圖中基準(zhǔn)點(diǎn))和自動計(jì)算出來；

步驟4：將立桿移至其下一個重疊區(qū)(已知觀測點(diǎn)和未知觀測點(diǎn))、重復(fù)步驟2、步驟3，直至所有觀測點(diǎn)坐標(biāo)已設(shè)置；

步驟5：取走立桿；

s5、向量激光儀各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝；

人進(jìn)入有效成像區(qū)域(“立方體”)，在計(jì)算機(jī)上按“聯(lián)合錄像”按鈕；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在計(jì)算機(jī)上按“錄像回放”按鈕，查看“聯(lián)合拍照模式下”的舞臺立體動作連續(xù)寫真圖，計(jì)算各部件尺寸、相對位置等。

1.3圓形舞臺

s1、s2、s5、s6與舞臺寫真相同，僅對s3布點(diǎn)和s4坐標(biāo)設(shè)置做出說明；

s3：布點(diǎn)；選用水平、垂直視角120°、90，最小分辨角度1/5000的6臺向量激光儀，按圖4所示布置構(gòu)成六邊形舞臺；

取六邊形邊長6.8米，“2點(diǎn)法“水平距離7m(對角距離7×√2＝9.8m)，構(gòu)成的舞臺尺寸直徑為12.6m、高度為7m，成像主誤差1.96mm；

s4：向量激光儀設(shè)置觀測點(diǎn)坐標(biāo)；將立桿置于中心三角型內(nèi)部(即6臺攝像機(jī)的重疊區(qū)域)，用”圖中基準(zhǔn)點(diǎn)“方式設(shè)置觀測點(diǎn)坐標(biāo)；

與矩形布置方式，本實(shí)施例效率高出200％。

實(shí)施例二：立體取景

1.1單個場景

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)

成像要求：主分辨精度1mm，全面攝取周圍(靜態(tài))景物；

現(xiàn)場尺寸：1間普通房間三維尺寸為4m、6m、9m；

向量激光儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平、垂直均為120°；

向量激光儀觀測點(diǎn)坐標(biāo)定位方式：內(nèi)部感知方式(參考點(diǎn)設(shè)在屋外一顯著標(biāo)志如沉降觀測點(diǎn))；

s2：向量激光儀選用合適的拍攝模式

向量激光儀逐點(diǎn)模式：在第1個觀測點(diǎn)拍攝，拍完轉(zhuǎn)至下一觀測點(diǎn)拍攝，直至所有觀測點(diǎn)拍完；

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)

布點(diǎn)可以隨意控制，只要滿足對象全覆蓋、精度要求即可；本實(shí)施例在房間沿長度方向布2點(diǎn)、高度為1.5m如圖5，成像最遠(yuǎn)點(diǎn)誤差按公式(1)為滿足要求；

s4、向量激光儀設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)；

參考點(diǎn)坐標(biāo)：將向量激光儀放置在參考點(diǎn)上按“設(shè)為參考點(diǎn)”按鈕；

觀測點(diǎn)：將向量激光儀移至觀測點(diǎn)，內(nèi)置的位置感知器自動顯示改點(diǎn)坐標(biāo)；

s5、向量激光儀各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝；

將向量激光儀移至o2點(diǎn)，水平方向依次拍攝3張(360度方向全覆蓋)如圖5，垂直方向依次拍攝3張；

將向量激光儀移至其他布點(diǎn)，同樣按水平、垂直掃過360度拍照6張；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在向量激光儀上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點(diǎn)拍攝后合成立體房間立體圖，可計(jì)算各部件尺寸大小、相對位置等；

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，將向量激光儀移近細(xì)節(jié)部位按“拍攝”。

1.2多個場景

對于多個房間取景s1、s2、s4、s5、s6均相同，僅僅s3中布點(diǎn)個數(shù)增多(原則不變，滿足精度和全覆蓋要求)；

1.3大場景

大場景指一個小區(qū)、一個城市、甚至一座山脈，其布點(diǎn)和成像見航拍和車載成像。實(shí)施例三：工程測量

1.1微小距離測量

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、儀器參數(shù)；

成像要求：主分辨精度0.01mm～2mm等；

現(xiàn)場尺寸：機(jī)械設(shè)備齒輪端面0.05mm塞尺檢查不應(yīng)塞入，墊鐵安裝時墊鐵不得小于2mm；

儀器參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平、垂直均為90°；s2：儀器選用合適的拍攝模式；

儀器單點(diǎn)單角度模式；

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)；

正面對準(zhǔn)物體(縫隙、墊鐵或其他微小待測物)，距離在5cm以內(nèi)(即可滿足精度要求)；

s4、設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)；

無；

s5、儀器各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝；

按“拍攝”按鈕；

s6、儀器圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在儀器上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點(diǎn)拍攝后合成大型設(shè)備立體圖，可計(jì)算各部件尺寸大小、相對位置等；

不用細(xì)節(jié)補(bǔ)拍。

實(shí)施例四：航拍與車載成像

實(shí)施例五：航拍與車載成像

對于大場景(建筑全、城市、山脈等)立體成像，主要是航拍和車載移動拍攝。航拍主要負(fù)責(zé)場景頂部精細(xì)成像、車載主要負(fù)責(zé)場景側(cè)面精細(xì)成像。對于航拍和車載都無法涉及的區(qū)域(死角、物體內(nèi)部)，可用手持式拍攝(見實(shí)施例二)。

1.1航拍

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光成像儀參數(shù)；

成像要求：物體地面主分辨精度5cm；

現(xiàn)場尺寸：一城市區(qū)域面積10km×10km，最大高度100m；

向量激光成像儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度；1/8000rad，視角水平(左右方向)、垂直(前進(jìn)方向)120°；

觀測點(diǎn)坐標(biāo)定位方式：gps差分定位方式(參考點(diǎn)gps設(shè)在一標(biāo)示建筑上)；

s2：向量激光成像儀選用合適的拍攝模式；

向量激光成像儀軌跡模式(逐點(diǎn)模式)：沿著設(shè)計(jì)的固定軌跡均勻連續(xù)拍攝；

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)；

通過設(shè)計(jì)航線高度和寬度，使連續(xù)拍攝成像滿足基本要求和最優(yōu)化要求；

基本要求：成像區(qū)全覆蓋、地面主精度要求,見公式3；

最優(yōu)化要求：布點(diǎn)距離設(shè)備盡可能近(精度更高)，布點(diǎn)個數(shù)盡可能少(效率更高)，見公式2；

min(li，ns)(2)

li表示第sⁱ區(qū)域航線離地面距離，ns表按照方案s航線條數(shù)；si^{(1，2，3，4，5)}表示在向量激光成像儀視角θ120°、航線高度hi、航線間距di情況下能拍攝對第sⁱ區(qū)域上前后左右成像重疊區(qū)；di表示第i觀測點(diǎn)在向量激光成像儀分辨率距離設(shè)備li、航線間距di情況下的主誤差，為成像允許誤差δ；

本實(shí)施例在空中采取網(wǎng)格(2點(diǎn)對角)布點(diǎn)法見圖6，網(wǎng)格間距230m，高度232.7m(無人機(jī)飛行高度232.7m，航線間距230m，向量激光成像儀沿航線前進(jìn)2×230m拍攝一次，拍攝點(diǎn)數(shù)為個，最遠(yuǎn)點(diǎn)400m(主精度5cm)；

以成像區(qū)域s12,23分析，驗(yàn)證布點(diǎn)的可行性和最優(yōu)性；

可行性：在o12能覆蓋s12,23上側(cè)、左側(cè)和后側(cè)，在o23能覆蓋s12,23上側(cè)、前側(cè)和右側(cè)，全覆蓋滿足要求；o12(o23)最遠(yuǎn)點(diǎn)為o23(o12)位置地面點(diǎn)，對角線長度399.9m，主精度滿足要求；

最優(yōu)性：本實(shí)施例選取減少拍攝點(diǎn)(保證精度5cm的要求下、盡可能增大航線間距)，o12、o23、s12,23正視圖見圖7，最優(yōu)化方程見公式(4)；

解得d＝230m、h＝232.7m，即為本實(shí)施例最優(yōu)布點(diǎn)；

s4、向量激光成像儀設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)；

參考點(diǎn)坐標(biāo)：將差分gps向量激光成像儀放置在參考點(diǎn)上按“設(shè)為參考點(diǎn)”按鈕；

觀測點(diǎn)：拍照的瞬間，內(nèi)置的gps位置感知器自動獲取參考點(diǎn)gps發(fā)送的該觀測點(diǎn)坐標(biāo)；

s5、向量激光成像儀各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝；

向量激光成像儀固定在無人機(jī)上(正對地面)，按照航線布點(diǎn)自動拍攝(水平前后掃過60°、每行進(jìn)2×230米自動拍攝一次)；

s6、向量激光成像儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在向量激光成像儀上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點(diǎn)拍攝后合成立體房間立體圖，可計(jì)算各部件尺寸大小、相對位置等；

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，重新設(shè)計(jì)飛行路線或(登頂)手持拍攝；

1.2車載

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光成像儀參數(shù)；

成像要求：物體主分辨精度5cm；

現(xiàn)場尺寸：某條道路單側(cè)寬度20m，建筑物最大高度100m，長度1000m；

向量激光成像儀參數(shù)：側(cè)面向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平120°、垂直180°；

觀測點(diǎn)坐標(biāo)定位方式：gps差分定位方式(參考點(diǎn)gps設(shè)在道路起點(diǎn))；

s2：向量激光成像儀選用合適的拍攝模式；

向量激光成像儀軌跡模式：沿著設(shè)計(jì)的固定軌跡均勻連續(xù)拍攝；

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)；

航線按道路設(shè)置，控制行進(jìn)距離使成像滿足全覆蓋要求；

本實(shí)施例在汽車兩側(cè)各布置高度1m的廣角攝像頭，圖8、圖9；

驗(yàn)證覆蓋性和精度；兩攝像頭垂直方向180°，道路兩旁任意高建筑均能覆蓋；水平攝像頭后視角30°、控制拍射行進(jìn)距離(前后兩次拍攝距離o1’o)o1’o＝20×tan30°＝11.578m可保證水平上任一面均可被前后覆蓋；最遠(yuǎn)點(diǎn)主精度為

s4、向量激光成像儀設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)；

參考點(diǎn)坐標(biāo)：將差分gps向量激光成像儀放置在參考點(diǎn)上按“設(shè)為參考點(diǎn)”按鈕；

觀測點(diǎn)：內(nèi)置的gps位置感知器自動獲取參考點(diǎn)gps發(fā)送的向量激光成像儀坐標(biāo)；s5、向量激光成像儀各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝；

沿道路每前進(jìn)11.57m拍攝一次(兩攝像向量激光成像儀左右拍攝)；

s6、向量激光成像儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在向量激光成像儀上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點(diǎn)拍攝后合成立體房間立體圖，可計(jì)算各部件尺寸大小、相對位置等；

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，返回或行至該部位補(bǔ)拍或手持拍攝。

1.3手持

手持式拍攝最為靈活且能無限靠近物體，是細(xì)節(jié)補(bǔ)拍的主要方式，參看實(shí)施例二；另外對于小范圍(如一個變電站)成像，可按照網(wǎng)格(航線)布點(diǎn)方式，在每個觀測點(diǎn)水平、垂直掃過360全方位成像，其精度可控制在1mm以下；

總結(jié)：降低航拍高度可提高成像精度、增加航拍高度可增大單次成像面積(減少布點(diǎn))、主要拍攝頂面，車載拍攝必須沿道路進(jìn)行且主要拍攝兩側(cè)，手持式靈活、精度高能進(jìn)入物體內(nèi)部拍攝、但僅限于小范圍(500m×500m)移動成像。

實(shí)施例六：地下、隧道、海底、外太空探險

地下、隧道、海底、外太空等結(jié)構(gòu)、尺寸情況模糊，科學(xué)家認(rèn)為地球下有幾千公里長的隧道與地表連接、但無人證實(shí)?？梢詫⑾蛄考す鈨x裝在機(jī)器人身上按照設(shè)計(jì)路線探測并沿路拍攝立體圖像，探索未知世界。

地下、隧道、海底、外太空不能接收到gps信號，采用立桿定位更不方便，只能采取內(nèi)置感知定位觀測點(diǎn)坐標(biāo)。

由于物體不明，不能像前面幾種情況一樣通過研究現(xiàn)場情況確定最優(yōu)布點(diǎn)方案，可以說本實(shí)施例的“布點(diǎn)”已不是真實(shí)現(xiàn)場布點(diǎn)(硬布點(diǎn))、而是一種設(shè)置在計(jì)算芯片中軟件布點(diǎn)(軟布點(diǎn))。

1.1探險

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、儀器參數(shù)

成像要求：物體地面主分辨精度2.5cm

現(xiàn)場尺寸：未知

儀器參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/4000rad，視角水平(左右方向)、垂直(前進(jìn)方向)120°。

觀測點(diǎn)坐標(biāo)定位方式：內(nèi)部感知。

s2：選用合適的儀器拍攝模式

儀器感知模式：沒有一定的軌跡，通過軟件設(shè)置每深入xm(如100m)或移動xm或拐點(diǎn)處便停下并進(jìn)行全方位360°掃描。見圖10

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)

無

s4、儀器設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)

參考點(diǎn)坐標(biāo)：在拍攝開始處，按儀器上“設(shè)為參考點(diǎn)”按鈕。

觀測點(diǎn)：儀器移動時，內(nèi)部位移感知器自動計(jì)算該點(diǎn)坐標(biāo)。

s5、儀器各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝

儀器在觀測點(diǎn)上水平、垂直360°全角度拍攝(6張照片)。

s6、儀器圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍

在儀器上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點(diǎn)拍攝后合成立體房間立體圖，可計(jì)算各部件尺寸大小、相對位置等。

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，重新設(shè)計(jì)行走路線或拍攝模式。

實(shí)施例七：機(jī)器人

在機(jī)器人上安裝向量激光向量激光儀，可以讓機(jī)器人如同人一樣獲得精確的四周環(huán)境空間信息。本實(shí)施例介紹攝像頭在幫助機(jī)器人判斷地面、行走和取物方面的應(yīng)用。1.1判斷地面

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、儀器參數(shù)

成像要求：物體地面主分辨精度1cm。

現(xiàn)場尺寸：所在位置方圓20m區(qū)域。

儀器參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/2000rad，視角水平(左右方向)、垂直(前進(jìn)方向)120°。

s2：儀器選用合適的拍攝模式

錄像模式：每秒10幀(或更高)速率連續(xù)拍攝，僅記錄最近3s圖像、不存盤。見圖11

s3:現(xiàn)場布點(diǎn)

無需布點(diǎn)

s4、設(shè)置參考點(diǎn)和觀測點(diǎn)坐標(biāo)

無需設(shè)定。

s5、儀器各點(diǎn)進(jìn)行全角度拍攝

當(dāng)前點(diǎn)(僅“前方”)連續(xù)錄像。

s6、圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍

儀器查看地面：機(jī)器人根據(jù)拍攝圖像，識別出z坐標(biāo)在0(已機(jī)器人足部為基準(zhǔn)點(diǎn))附近連續(xù)變化的點(diǎn)即為“地面”(地面有一定面積時，該方向可行)。

儀器補(bǔ)拍其他地面：如該方向不可行，自動旋轉(zhuǎn)機(jī)器人頭部(攝像頭)探測其他方向(“側(cè)面”或“后方”)地面。

1.2行走

s1、s2、s3、s4、s5與之前相同。僅s6不同，即對圖片數(shù)據(jù)提取方法和結(jié)果不同。

機(jī)器人(向量激光儀)調(diào)取近3秒立體圖片分析。

判斷出行走方向是否有遮擋、或即將有物體遮擋或遮擋物體即將離開。

決定直接前進(jìn)、或跨越(跳上跳下)、或繞道而行、或等待阻礙離開。

1.3取物

s1、s2、s3、s4、s5與之前相同。僅s6不同，即對圖片數(shù)據(jù)提取方法和結(jié)果不同。

機(jī)器人(向量激光儀)調(diào)取近3秒立體圖片分析。

根據(jù)“需求物”顏色、形狀尺寸、材質(zhì)、用途等，在3秒圖片中匹配。

匹配成功則取走此物，或從多件物品中選取一件做進(jìn)一步檢查(如聲音、硬度等)。

匹配不成功則匹配類似物，還不成功則發(fā)送求救信號或放棄本次任務(wù)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種向量激光儀系統(tǒng)，其特征在于：包括有mpu控制器和與之連接的向量激光攝像頭、普通攝像頭、角度感知器、位置感知器和人機(jī)對話裝置，所述mpu控制器，用于主控各設(shè)備協(xié)調(diào)工作，具有開機(jī)啟動指令、設(shè)置參考點(diǎn)指令、讀取傳感器指令、拍照/錄音指令、圖像/音頻回放指令，所述向量激光攝像頭用于測量周圍物體上所有點(diǎn)距離攝像頭的三維距離、所述角度感知器，用于測量裝置本身偏離正方向；所述位置感知器，用于測量裝置本身位置的地理坐標(biāo)。

進(jìn)一步地：

所述人機(jī)對話裝置包括屏幕、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器。

所述mpu控制器連接有存儲芯片，用于存儲配置參數(shù)和采集數(shù)據(jù)。

所述mpu控制器連接有步進(jìn)電機(jī)，用于控制裝置繞水平或垂直方向作轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的有益效果是：通過對物體直接拍照，測出物體上各點(diǎn)三維空間位置而直接形成三維立體圖的激光儀系統(tǒng)。填補(bǔ)市場空缺。

下面結(jié)合附圖12、13、14，對本發(fā)明一種向量激光儀系統(tǒng)作進(jìn)一步的描述。

一種向量激光儀系統(tǒng)，其特征在于：包括有mpu控制器1和與之連接的向量激光攝像頭2、普通攝像頭3、角度感知器4、位置感知器5和人機(jī)對話裝置，所述mpu控制器1，用于主控各設(shè)備協(xié)調(diào)工作，具有開機(jī)啟動指令、設(shè)置參考點(diǎn)指令、讀取傳感器指令、拍照/錄音指令、圖像/音頻回放指令，所述向量激光攝像頭2用于測量周圍物體上所有點(diǎn)距離攝像頭的三維距離(位置向量)、所述角度感知器4，用于測量裝置本身偏離正方向(地球北極、重力方向)；所述位置感知器5，用于測量裝置本身位置的地理坐標(biāo)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中：

所述人機(jī)對話裝置包括屏幕7、麥克風(fēng)8和揚(yáng)聲器9。

所述mpu控制器1連接有存儲芯片6，用于存儲配置參數(shù)和采集數(shù)據(jù)。

所述mpu控制器1連接有步進(jìn)電機(jī)11，用于控制裝置繞水平或垂直方向作轉(zhuǎn)動。

所述向量激光攝像頭有兩種設(shè)計(jì)方式：基于納米激光發(fā)射陣列方式(其原理圖見圖2)和基于光電開關(guān)方式(其原理圖見圖3)。包括1個激光振蕩器、1個光感面(也可n個光感單元)、n個光開關(guān)(n個激光準(zhǔn)直系統(tǒng)可選配置)組成。激光振蕩器產(chǎn)生初級激光，每個光開關(guān)通電時開放，初級激光經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)穿透光感面發(fā)出一定方向的激光，同時光感面感知反射激光時差。

整機(jī)使用過程如下：

開機(jī)：按下開機(jī)鍵，mpu控制器1協(xié)調(diào)各部件完成以下工作。

1)部件自檢：檢查機(jī)器各部件通電和響應(yīng)正常。

2)屏幕點(diǎn)亮：進(jìn)入人機(jī)主界面。

3)傳感器啟動：角度感知器、位置感知器、麥克風(fēng)完成初始設(shè)置。角度感知器以地球磁場北極(x軸)、重力反向(z軸)為初始方向、時刻檢測儀器偏離正方向角度；位置感知器正方向同角度感知器。

4)攝像機(jī)啟動：激光攝像機(jī)、普通攝像機(jī)完成初始設(shè)置。激光攝像機(jī)處于準(zhǔn)備狀態(tài)(如果是三原色成像儀則直接進(jìn)入錄像模式)；普通攝像機(jī)開始采集圖片(錄像模式)，并在屏幕上顯示。

設(shè)置參考點(diǎn)：按下屏幕主菜單中“設(shè)置參考點(diǎn)”按鈕。位置感知器完成以下兩項(xiàng)工作：

1)gps模塊接受衛(wèi)星定位信號，將接受的經(jīng)度x0、緯度y0和高程h0信號寫入?yún)⒖键c(diǎn)o0(x0，y0，h0)。

2)將觀測點(diǎn)坐標(biāo)置為oi(0,0,0)。

拍照：按下拍照鍵，mpu控制器1讀取傳感器數(shù)據(jù)，啟動激光攝像機(jī)、普通攝像機(jī)拍照并將數(shù)據(jù)寫入圖形文件。其文件數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容：

1)參考點(diǎn)o0:x0，y0，h0

2)觀測點(diǎn)oi：xi，yi，zi

3)儀器偏角β：βx，βy，βz

4)時差矩陣ωm×n：△t11，△t12，…△t1n

△t21，△t22，…△t2n

…

△tm1，△tm2，…△tmn

5)顏色矩陣sm’×n’：rgb11，rgb12，…rgb1n’

rgb21，rgb22，…rgb2n’

…

rgbm’1，rgbm’2，…rgbm’n’

6)其他信息：儀器分辨率k，視角θ、β，安裝位置激光攝像機(jī)(x1，y1，z1)、普通攝像機(jī)(x2，y2，z2)、角度感知器(x3，y3，z3)、位置感知器(x4，y4，z4)等。

回放：按下“回放”按鈕，屏幕顯示參考點(diǎn)拍攝所有照片“合成”(合成過程見附錄)的三維彩色圖，可自由切換視角或視點(diǎn)(3d游戲效果)。

啟用步進(jìn)電機(jī)：對于定點(diǎn)拍攝，按下“啟用步進(jìn)電機(jī)”按鈕，步進(jìn)電機(jī)帶動攝像機(jī)水平(或垂直)偏轉(zhuǎn)1步、自動拍攝1次，再偏轉(zhuǎn)1補(bǔ)、自動拍攝1次，直至拍完(k/k1)²張，其中k為攝像機(jī)分辨率、k1為步進(jìn)電機(jī)步距(此時圖像分辨率提高k/k1倍)。

所述向量激光攝像頭本申請人同日申請了中國發(fā)明專利《主動成像的激光攝像頭》。