专利名称：测量三维空间的数字摄像和激光系统及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种三维空间测量系统，特别是涉及了一种测量三维空间的数字摄像和激光系统。
背景技术：
目前，水上地形测量主要是利用水准仪加人工测量的方法进行，即由人工扶标尺于测量点，通过水准仪读取测量点的高程。该方法费时、费力，对于大模型至少需要两个人(一人扶尺，一人读数)，且精度不高，人工扶尺容易倾斜，且水平定位不准，主观因素影响很大。该方法需要逐点一一测量，所以要花费几天才能测完一个普通的试验组次。
中国实用新型专利ZL03263877.9公开了一种激光测距工程放线测量仪，它使用该仪器来解决危险地区的直线测量距离的问题。而数字摄像通常用于监测实时的动态画面。
本发明的目的在于克服上述缺陷，结合数字摄像和激光测距的各自优势，而提供一种自动化程度高、省时、省力的测量三维空间的数字摄像和激光系统及其应用。
发明内容
本发明的一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，它包括至少一个激光测距仪和一台计算机，其中它还包括至少一组CCD摄像机、分别与每组CCD摄像机相连的图像采集卡，激光测距仪上装有控制激光测距仪绕X轴或Y轴旋转的步进电机和绕Z轴旋转的步进电机，绕X轴或Y轴旋转的步进电机、绕Z轴旋转的步进电机和激光测距仪分别与一个接线端口的输入端相连，接线端口输出端和图像采集卡分别与上述计算机相连。
本发明的一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其中所述CCD摄像机的组数分别与激光测距仪的个数、图像采集卡的个数和接线端口的个数是相同的。
本发明的一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其中所述CCD摄像机的组数为1-30组。
本发明的一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其中所述每组CCD摄像机的个数为1-30个。
本发明的一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其中所述每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数是相同的。
本发明的一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其中所述每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数是不相同的。
本发明的一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其中用该系统测量动床河工模型，将每组CCD摄像机的每个CCD摄像机分别放置在动床河工模型的不同部位，它接收与其相对应的激光测距仪射向动床河工模型的光斑，对动床河工模型X轴和Y轴方向的地形进行监控，激光测距仪本身对动床河工模型Z轴方向的地形进行监控，CCD摄像机和激光测距仪将所得到的信号传送给计算机，随着绕X轴或Y轴旋转的步进电机和绕Z轴旋转的步进电机的不停的旋转，重复上述测量步骤，得出多个不同光斑的空间位置，由多组CCD摄像机、多个图像采集卡和多个激光测距仪组合，测出整个动床河工模型的三维立体图形。
本发明与现有技术相比有以下优点本发明的测量三维空间的数字摄像和激光系统组合了数字图像和激光技术，以激光高速扫描整个模型，CCD记录图像，经过系统程序分析，只需在几小时内就可以完成大型模型地形的全部测量并获得精确的测量结果，而且应用本系统可以快速地分析河床的冲淤变化，从三维的地形显示中更可以直观地查看试验前后地形的变化，填补了河工动床试验地形自动化三维测量分析方法的空白。
图1是本发明的测量三维空间的数字摄像和激光系统的示意图。
具体实施例方式
参照图1，本发明的测量三维空间的数字摄像和激光系统包括至少一组CCD摄像机、分别与每组CCD摄像机相连的图像采集卡1，2......m、一台与图像采集卡1，2......m相连的计算机1001和至少一个激光测距仪101，201......m01，激光测距仪101，201......m01上装有控制激光测距仪101，201......m01绕X轴或Y轴旋转的步进电机103，203......m03和绕Z轴旋转的步进电机102，202......m02，绕X轴或Y轴旋转的步进电机103，203......m03、绕Z轴旋转的步进电机102，202......m02和激光测距仪101，201......m01分别与一个接线端口104，204......m04的输入端相连，接线端口104，204......m04的输出端与上述计算机1001相连。CCD摄像机的组数分别与激光测距仪101，201......m01的个数、图像采集卡1，2......m的个数和接线端口104，204......m04的个数是相同的。
根据不同的需求，CCD摄像机的组数和每组CCD摄像机的个数是可以任意选择的，一般来说，CCD摄像机的组数为1-30组，每组CCD摄像机的个数为1-30个，每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数可以是相同的，也可以是不同的。
使用本发明测量三维空间的数字摄像和激光系统来测量动床河工模型的步骤如下将每组CCD摄像机的每个CCD摄像机分别放置在动床河工模型的不同部位，它接收与其相对应的激光测距仪101，201......m01射向动床河工模型的光斑，对动床河工模型X轴和Y轴方向的地形进行监控，激光测距仪101，201......m01本身对动床河工模型Z轴方向的地形进行监控，CCD摄像机和激光测距仪101，201......m01将所得到的信号传送给计算机1001，随着绕X轴或Y轴旋转的步进电机103，203......m03和绕Z轴旋转的步进电机102，202......m02的不停的旋转，重复上述测量步骤，得出多个不同光斑的空间位置，由多组CCD摄像机、多个图像采集卡和多个激光测距仪组合，可以测出整个动床河工模型的三维立体图形。
本发明的工作原理如下从图1可以看出一组CCD摄像机与一个图像采集卡和一个激光测距仪相匹配，激光测距仪发射出激光照到要动床河工模型上，CCD摄像机接收照到动床河工模型上的光斑，对动床河工模型平面的X轴和Y轴方向进行测量，而激光测距仪本身可以测得光斑的Z轴方向的位置，激光测距仪、CCD摄像机将测得的结果传送给计算机，经过计算机的处理，可以得出一个光斑的空间位置，随着绕X轴或Y轴旋转的步进电机和绕Z轴旋转的步进电机的不停的旋转(步进电机的旋转由计算机进行控制)，激光测距仪发射的激光在动床河工模型上的光斑位置不断地改变，与其相匹配的CCD摄像机由此测出不同的动床河工模型的X轴和Y轴方向的位置，而激光测距仪测得光斑的Z轴方向的位置，因此系统就可以测出多个不同光斑的空间位置。由多组CCD摄像机、多个图像采集卡和多个激光测距仪组合，可以测出整个动床河工模型的三维立体图形。
系统的安装工作包括固定摄像机、激光器及其控制器，安装完成后，在每个摄像机的视野里找到模型上的两个标定点，利用该点的模型坐标和图像象素坐标建立每个摄像机的空间坐标和图像坐标的转换关系。
安装完成后就可以进行测量了，用户可以通过系统提供的界面指定测量区域。步进电机带动激光器旋转使光斑落在测量区域的起始位置。摄像机采集光斑所在区域的图像并传输到计算机内存。因激光测距需要一定的时间，系统采用多线程工作模式，提高系统的工作速度。因此图像传输到计算机内存后，系统并不马上处理，而是起动激光测距仪开始测量激光到光斑的空间距离；在测距过程中，系统载入图像，以设定的光斑位置为中心开一个窗口，窗口内的值经傅立叶变换后自动搜索二值化所需的阈值，找到光斑的准确位置并保存，连结激光器，调入激光测得的距离值保存。得到激光的距离值后立刻控制步进电机移动光斑到下一个测量点，然后开始采集图像。重复上述的步骤，直到扫描完成整个测量区域。系统根据测量得到的空间坐标，三维的显示出测量结果，画出等高线图，最终的结果以纯文本方式保存成文件，便于以后调用。同时，可以输出CAD兼容的图形格式文件。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
权利要求
1.一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，它包括至少一个激光测距仪(101，201......m01)和一台计算机(1001)，其特征在于它还包括至少一组CCD摄像机、分别与每组CCD摄像机相连的图像采集卡(1，2......m)，激光测距仪(101，201......m01)上装有控制激光测距仪(101，201......m01)绕X轴或Y轴旋转的步进电机(103，203......m03)和绕Z轴旋转的步进电机(102，202......m02)，绕X轴或Y轴旋转的步进电机(103，203......m03)、绕Z轴旋转的步进电机(102，202......m02)和激光测距仪(101，201......m01)分别与一个接线端口(104，204......m04)的输入端相连，接线端口(104，204......m04)输出端和图像采集卡(1，2......m)分别与上述计算机(1001)相连。
2.如权利要求1所述一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其特征在于所述CCD摄像机的组数分别与激光测距仪(101，201......m01)的个数、图像采集卡(1，2......m)的个数和接线端口(104，204......m04)的个数是相同的。
3.如权利要求2所述一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其特征在于所述CCD摄像机的组数为1-30组。
4.如权利要求3所述一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其特征在于所述每组CCD摄像机的个数为1-30个。
5.如权利要求4所述一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其特征在于所述每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数是相同的。
6.如权利要求4所述一种测量三维空间的数字摄像和激光系统，其特征在于所述每组CCD摄像机所包括的CCD摄像机的个数是不相同的。
7.如权利要求6所述一种测量三维空间的数字摄像和激光系统的应用，其特征在于用该系统测量动床河工模型，将每组CCD摄像机的每个CCD摄像机分别放置在动床河工模型的不同部位，它接收与其相对应的激光测距仪(101，201......m01)射向动床河工模型的光斑，对动床河工模型X轴和Y轴方向的地形进行监控，激光测距仪(101，201......m01)本身对动床河工模型Z轴方向的地形进行监控，CCD摄像机和激光测距仪(101，201......m01)将所得到的信号传送给计算机(1001)，随着绕X轴或Y轴旋转的步进电机(103，203......m03)和绕Z轴旋转的步进电机(102，202......m02)的不停的旋转，重复上述测量步骤，得出多个不同光斑的空间位置，由多组CCD摄像机、多个图像采集卡和多个激光测距仪组合，测出整个动床河工模型的三维立体图形。
全文摘要
本发明涉及测量三维空间的数字摄像和激光系统及其应用，它包括至少一个激光测距仪、一台计算机、至少一组CCD摄像机和分别与每组CCD摄像机相连的图像采集卡，激光测距仪上装有控制激光测距仪绕X轴或Y轴旋转的步进电机和绕Z轴旋转的步进电机，绕X轴或Y轴旋转的步进电机、绕Z轴旋转的步进电机和激光测距仪分别与一个接线端口的输入端相连，接线端口输出端和图像采集卡分别与上述计算机相连，本发明的测量三维空间的数字摄像和激光系统组合了数字图像和激光技术，以激光高速扫描整个模型，CCD记录图像，只需在几小时内就可完成大型模型地形的全部测量并获得精确测量结果，填补了动床河工模型试验地形三维测量分析方法的空白。
文档编号G01B11/00GK1731087SQ20051009049
公开日2006年2月8日 申请日期2005年8月17日 优先权日2005年8月17日
发明者曲兆松 申请人:曲兆松