專利名稱：一種跟蹤激光點的測距方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光測距方法和系統(tǒng)，具體地說是一種跟蹤激光點的測距方法和系統(tǒng)。其基于雙光平行技術(shù)，通過跟蹤定位測距激光點，實現(xiàn)距離的準確測量。
背景技術(shù)：
我們知道，以激光作為光源，可以實現(xiàn)距離的測量?，F(xiàn)有的測距方法和系統(tǒng)主要是通過激光發(fā)射裝置，向被測目標發(fā)射一束很細的激光，由光電元件接收被測目標反射的激 光，計時裝置測定激光從發(fā)射到接收的時間，進而計算出從激光測距裝置到被測目標的距離。若激光是連續(xù)發(fā)射的，測程可達40公里左右，并可晝夜進行作業(yè)；若激光是脈沖發(fā)射的，一般絕對精度較低，主要用于近距離測量，可達到很好的相對精度。由于使用激光進行距離測量具有快速、準確的特性，激光測距技術(shù)已被廣泛應用于軍事、建筑等多種領(lǐng)域的測量工作中。然而，由于打到被測目標的激光點在白天測量或遠距離測量時看不到或看不清楚，激光測距的準確性也大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠準確跟蹤測距激光點的位置，減少由于距離較遠或光線較強等因素導致的看不清激光點位置所帶來的測距誤差，保證激光測距數(shù)據(jù)準確可靠的測距方法和系統(tǒng)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是
一種跟蹤激光點的測距方法，將圖像采集單元固定在高精度云臺上，通過圖像采集單元采集可視范圍內(nèi)的畫面信息；將激光測距單元置于高精度云臺上，通過激光測距單元發(fā)射，接收激光，計算與被測點的距離；其特征是首先調(diào)整激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，進行圖像采集單元的圖像采集中心光線和激光光線的雙光線平行調(diào)試；然后將激光測距單元固定在高精度云臺上，測量圖像采集單元中心光線和激光光線之間的距離，并設定該距離為定值P ;然后，遠距離或任何光照強度下任意設定一個待測目標點，激光測距單元測得到激光點的距離，測距數(shù)據(jù)通過信號處理單元處理后經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，并由遠程操控單元從中心管理平臺獲??；遠程操控單元根據(jù)獲取的測距數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像采集單元的焦距f、圖像采集中心光線和激光光線的距離P，確定激光點和畫面中心點在顯示器上的距離V或者在顯示器上跨越的像素數(shù)，并確定激光點和畫面中心點的相對位置，同時顯示激光點所在位置；然后，用戶根據(jù)顯示器上的激光點和待測目標點的相對位置，通過操作單元將云臺控制信息輸入給處理單元，處理單元將云臺控制信息處理后發(fā)給中心管理平臺，而后經(jīng)網(wǎng)絡通過信號處理單元處理后傳給高精度云臺，通過調(diào)節(jié)高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使激光點打在待測目標點上，實現(xiàn)激光點和待測目標點的重合，此時激光測距單元測得的即為其到待測目標點的準確距離，實現(xiàn)了遠距離或任何光照強度下到待測目標點距離的精確測量。
本發(fā)明所述的雙光線平行調(diào)試是在激光點可視距離范圍內(nèi)，設置兩個或兩個以上相互平行的透明調(diào)試板，且調(diào)試板垂直于圖像采集單元的中心光線，在兩個透明調(diào)試板上分別標出其與圖像采集單元的圖像采集中心光線的交點，調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，使打到兩個透明調(diào)試板上的激光點到其與圖像采集中心光線交點的距離相等，實現(xiàn)激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線的雙光線平行，同時將激光測距單元固定在高精度云臺上，并確定激光光線到圖像采集中心光線的距離?！N跟蹤激光點的測距系統(tǒng)，其包括圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺、透明調(diào)試板、信號處理單元、中心管理平臺以及遠程操控單元，所述圖像采集單元固定在高精度云臺上，所述激光測距單元置于高精度云臺上；
所述圖像采集單元用來采集圖像，并將圖像信息通過信號處理單元處理后，經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，最終由遠程操控單元向中心管理平臺獲?。?br> 所述激光測距單元用來發(fā)射激光，接收目標點反射的激光，并計算其到激光點的距離，然后將測距數(shù)據(jù)通過信號處理單元處理后經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，最終由遠程操控單元向中心管理平臺獲?。?br> 所述高精度云臺用來固定激光測距單元和圖像采集單元，接收云臺控制指令，控制激光發(fā)射方向；
所述透明調(diào)試板為兩個或兩個以上互相平行的垂直于圖像采集中心光線的透明調(diào)試板，將其置于激光點可視距離范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使打到每個透明調(diào)試板上的激光點到其與圖像采集單元中心光線交點的距離相等，實現(xiàn)激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線雙光線平行；同時將激光測距單元固定在高精度云臺上，并確定激光光線到圖像采集中心光線的距離；
所述信號處理單元用來進行中心管理平臺與圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺之間信息、數(shù)據(jù)、指令的編解碼、傳輸；將圖像采集單元的圖像信息處理后通過網(wǎng)絡傳至中心管理平臺，將激光測距單元的測距數(shù)據(jù)處理后通過網(wǎng)絡傳至中心管理平臺，通過網(wǎng)絡接收中心管理平臺轉(zhuǎn)發(fā)過來的云臺控制指令，將其處理后傳至高精度云臺，控制高精度云臺的旋轉(zhuǎn)方向，從而控制激光發(fā)射方向；
所述中心管理平臺用來進行遠程操控單元與圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺、信號處理單元之間的信息、數(shù)據(jù)、指令的管控轉(zhuǎn)發(fā)；
所述遠程操控單元包括處理單元、顯示器和操作單元，處理單元用來從中心管理平臺獲取經(jīng)信號處理單元處理后的圖像采集單元的圖像信息和激光測距單元的測距數(shù)據(jù)，然后結(jié)合畫面中心點的位置，確定激光點相對于畫面中心點的位置，并將圖像信息、測距數(shù)據(jù)、畫面中心點位置信息、激光點位置信息處理后傳給顯示器，同時將操作單元傳來的云臺控制信息處理后上傳至中心管理平臺；顯示器用來顯示處理單元傳來的圖像信息、測距數(shù)據(jù)、畫面中心點和激光點；操作單元用來供用戶操作，使用戶能夠根據(jù)顯示器顯示的激光點和目標點的相對位置確定高精度 云臺旋轉(zhuǎn)方向，并通過操作單元將云臺控制信息輸入給處理單元。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，基于激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線雙光線平行，通過圖像采集單元采集圖像信息，圖像采集單元的焦距f 為已知定值，激光測距單元測量距離數(shù)據(jù)，遠程操控單元根據(jù)測距數(shù)據(jù)跟蹤定位激光點所在位置，并通過調(diào)節(jié)高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使激光點準確打在目標點上，減少由于距離較遠或光線較強等因素導致的看不清或看不到激光點位置所導致的測距誤差，最終保證激光測距數(shù)據(jù)的準確可靠。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。圖I是本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理示意圖。圖2是本發(fā)明的雙光線平行調(diào)試的原理示意圖。
具體實施例方式圖I是本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理示意圖。從圖I可以看出，一種跟蹤激光點的測距系統(tǒng)，其包括圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺、透明調(diào)試板、信號處理單元、中心管理平臺以及遠程操控單元。本發(fā)明一種跟蹤激光點的測距方法，將圖像采集單元和激光測距單元置于高精度云臺上，并將圖像采集單元固定在高精度云臺上，通過圖像采集單元采集畫面信息，通過激光測距單元發(fā)射，接收激光，并計算到被測點的距離。本發(fā)明跟蹤激光點的測距方法，首先調(diào)整激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，進行圖像采集單元的圖像采集中心光線和激光光線的雙光線平行調(diào)試；然后將激光測距單元固定在高精度云臺上，同時測量圖像采集單元中心光線和激光光線之間的距離，并設定該距離為定值P。圖2是本發(fā)明的雙光線平行調(diào)試的原理示意圖。所述的雙光線平行調(diào)試是在激光點可視距離范圍內(nèi)，設置兩個或兩個以上的互相平行的透明調(diào)試板，且調(diào)試板垂直于圖像采集單元的中心光線，在兩個透明調(diào)試板上分別標出其與圖像采集單元的圖像采集中心光線的交點，調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，使打到兩個透明調(diào)試板上的激光點到其與圖像采集中心光線交點的距離相等，實現(xiàn)激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線的雙光線平行，同時將激光測距單元固定在高精度云臺上，并確定激光光線到圖像采集中心光線的距離。如圖2所示，ml是圖像采集單元的圖像采集中心光線，m2是激光光線，L為激光發(fā)射方向的激光點可視最大距離，A、B為激光發(fā)射方向的小于L的任意距離。Ma、Mb分別為距離A、B處的垂直于ml的互相平行的透明調(diào)試板，Al、BI分別為ml與Ma、Mb的交點，在Ma、Mb上分別標出Al、BI ;A2、B2分別是m2打在Ma、Mb上的激光點，分別測量Al、A2間的距離和BI、B2間的距離，并分別記為Pa、Pb。調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，即調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，從而調(diào)節(jié)A2、B2在Ma、Mb上的位置，使Pa=Pb,即ml與m2平行，同時測量Pa或Pb，并將激光測距單元固定在高精度云臺上。將ml和m2之間的距離記為P，即P為定值，且P=Pa=Pb。這樣，激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線即為兩條平行線，實現(xiàn)激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線雙光線平行調(diào)試。本發(fā)明雙光線平行調(diào)試結(jié)束后，將激光測距單元固定在高精度云臺上。而后，在遠距離或任何光照強度下，任意設定一個待測目標點，激光測距單元測得到激光點的距離，測距數(shù)據(jù)通過信號處理單元處理后經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，并由遠程操控單元從中心管理平臺獲??；遠程操控單元根據(jù)獲取的測距數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像采集單元的焦距f、圖像采集中心光線和激光光線的距離P，確定激光點和畫面中心點在顯示器上的距離V或者在顯示器上跨越的像素數(shù)，并確定激光點和畫面中心點的相對位置，同時顯示激光點所在位置；然后，用戶根據(jù)顯示器上的激光點和待測目標點的相對位置，通過操作單元將云臺控制信息輸入給處理單元，處理單元將云臺控制信息處理后發(fā)給中心管理平臺，而后經(jīng)網(wǎng)絡通過信號處理單元處理后傳給高精度云臺，通過調(diào)節(jié)高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使激光點打在待測目標點上，實現(xiàn)激光點和待測目標點的重合，此時激光測距單元測得的即為其到待測目標點的準確距離，實現(xiàn)了遠距離或任何光照強度下到待測目標點距離的精確測量。從圖I可以看出，一種跟蹤激光點的測距系統(tǒng)，其包括圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺、透明調(diào)試板、信號處理單元、中心管理平臺以及遠程操控單元，所述圖像采集單元固定在高精度云臺上，所述激光測距單元置于高精度云臺上。
所述圖像采集單元用來采集圖像，并將圖像信息通過信號處理單元處理后，經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，最終由遠程操控單元向中心管理平臺獲??；圖像采集單元的焦距f為已知定值。所述激光測距單元用來發(fā)射激光，接收目標點反射的激光，并計算其到激光點的距離，然后將測距數(shù)據(jù)通過信號處理單元處理后經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，最終由遠程操控單元向中心管理平臺獲取。所述高精度云臺用來固定激光測距單元和圖像采集單元，接收云臺控制指令，控制激光發(fā)射方向。所述透明調(diào)試板為兩個或兩個以上互相平行的垂直于圖像采集中心光線的透明調(diào)試板，將其置于激光點可視距離范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使打到每個透明調(diào)試板上的激光點到其與圖像采集單元中心光線交點的距離相等，實現(xiàn)激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線雙光線平行，同時將激光測距單元固定在高精度云臺上，并確定激光光線到圖像采集中心光線的距離。所述信號處理單元用來進行中心管理平臺與圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺之間信息、數(shù)據(jù)、指令的編解碼、傳輸；將圖像采集單元的圖像信息處理后通過網(wǎng)絡傳至中心管理平臺，將激光測距單元的測距數(shù)據(jù)處理后通過網(wǎng)絡傳至中心管理平臺，通過網(wǎng)絡接收中心管理平臺轉(zhuǎn)發(fā)過來的云臺控制指令，將其處理后傳至高精度云臺，控制高精度云臺的旋轉(zhuǎn)方向，從而控制激光發(fā)射方向。所述中心管理平臺用來進行遠程操控單元與圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺、信號處理單元之間的信息、數(shù)據(jù)、指令的管控轉(zhuǎn)發(fā)。所述遠程操控單元包括處理單元、顯示器和操作單元，處理單元用來從中心管理平臺獲取經(jīng)信號處理單元處理后的圖像采集單元的圖像信息和激光測距單元的測距數(shù)據(jù)，然后結(jié)合畫面中心點的位置，確定激光點相對于畫面中心點的位置，并將圖像信息、測距數(shù)據(jù)、畫面中心點位置信息、激光點位置信息處理后傳給顯示器，同時將操作單元傳來的云臺控制信息處理后上傳至中心管理平臺；顯示器用來顯示處理單元傳來的圖像信息、測距數(shù)據(jù)、畫面中心點和激光點；操作單元用來供用戶操作，使用戶能夠根據(jù)顯示器顯示的激光點和目標點的相對位置確定高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向，并通過操作單元將云臺控制信息輸入給處理單元。在圖I中，N為激光點；P為激光光線與圖像采集中心光線之間的距離，由于圖像采集單元和激光測距單元被固定在高精度云臺上，且激光光線和圖像采集中心光線平行，故P為定值；D為激光測距單元到激光點N的距離；V為顯示器上的激光點到畫面中心點的距離。圖像采集單元的焦距f為已知定值。由圖像采集單元焦距f的計算公式(I) :f=VXD/P得到公式(2) :V=f XP/D。在對待測目標點的距離進行測量時，先確定待測目標點位置。而后由激光測距單元測得到激光點的距離D，測距數(shù)據(jù)通過信號處理單元處理后經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，并由遠程操控單元從中心管理平臺獲取。然后，遠程操控單元根據(jù)公式(2)，通過D、f、P計算出V，即確定激光點和畫面中心點在顯示器上的距離，并確定這兩點間在顯示器上的相對位置，同時顯示激光點所在位 置。然后用戶可根據(jù)顯示器上激光點和待測目標點的相對位置確定高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向，并通過操作單元將云臺控制信息輸入給處理單元，處理單元將云臺控制信息處理后上傳至中心管理平臺，中心管理平臺將云臺控制指令經(jīng)網(wǎng)絡通過信號處理單元處理后傳給高精度云臺，調(diào)節(jié)高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向，即調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使激光點準確打在待測目標點上，即激光點和待測目標點重合，此時激光測距單元獲取的其到激光點的距離即為其到目標點的準確距離。本發(fā)明基于激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線雙光線平行，根據(jù)測距數(shù)據(jù)跟蹤定位激光點所在位置，并通過調(diào)節(jié)高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使激光點準確打在目標點上，減少由于距離較遠或光線較強等因素導致的看不清或看不到激光點位置所導致的測距誤差，最終保證激光測距數(shù)據(jù)的準確可靠。
權(quán)利要求
1.ー種跟蹤激光點的測距方法，將圖像采集單元和激光測距單元置于高精度云臺上，并將圖像采集單元固定在高精度云臺上，通過圖像采集單元采集可視范圍內(nèi)的畫面信息；通過激光測距單元發(fā)射，接收激光，計算與被測點的距離；其特征是首先調(diào)整激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，進行圖像采集單元的圖像采集中心光線和激光光線的雙光線平行調(diào)試；然后將激光測距單元固定在高精度云臺上，測量圖像采集單元中心光線和激光光線之間的距離，并設定該距離為定值P ;然后，遠距離或任何光照強度下任意設定ー個待測目標點，激光測距單元測得到激光點的距離，測距數(shù)據(jù)通過信號處理單元處理后經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，并由遠程操控單元從中心管理平臺獲??；遠程操控單元根據(jù)獲取的測距數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像采集單元的焦距f、圖像采集中心光線和激光光線的距離P，確定激光點和畫面中心點在顯示器上的距離V或者在顯示器上跨越的像素數(shù)，并確定激光點和畫面中心點的相對位置，同時顯示激光點所在位置；然后，用戶根據(jù)顯示器上的激光點和待測目標點的相對位置，通過操作單元將云臺控制信息輸入給處理單元，處理單元將云臺控制信息處理后發(fā)給中心管理平臺，而后經(jīng)網(wǎng)絡通過信號處理單元處理后傳給高精度云臺，通過調(diào)節(jié)高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使激光點打在待測目標點上，激光點和待測目標點重合，此時激光測距單元測得的即為其到待測目標點的準確距離，實現(xiàn)遠距離或任何光照強度下到待測目標點距離的精確測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跟蹤激光點的測距方法，其特征是所述的雙光線平行調(diào)試是在激光點可視距離范圍內(nèi)，設置兩個或兩個以上相互平行的透明調(diào)試板，且調(diào)試板垂直于圖像采集單元的圖像采集中心光線，在兩個透明調(diào)試板上分別標出其與圖像采集単元的圖像采集中心光線的交點，調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，使打到兩個透明調(diào)試板上的激光點到其與圖像采集中心光線交點的距離相等，實現(xiàn)激光光線和圖像采集単元的圖像采集中心光線的雙光線平行。
3.—種跟蹤激光點的測距系統(tǒng)，其包括圖像采集単元、激光測距單元、高精度云臺、透明調(diào)試板、信號處理單元、中心管理平臺以及遠程操控單元，所述圖像采集單元固定在高精度云臺上，所述激光測距單元置于高精度云臺上； 所述圖像采集單元用來采集圖像，并將圖像信息通過信號處理單元處理后，經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，最終由遠程操控單元向中心管理平臺獲?。? 所述激光測距單元用來發(fā)射激光，接收目標點反射的激光，并計算其到激光點的距離，然后將測距數(shù)據(jù)通過信號處理單元處理后經(jīng)網(wǎng)絡上傳到中心管理平臺，最終由遠程操控單元向中心管理平臺獲?。? 所述高精度云臺用來固定激光測距單元和圖像采集単元，接收云臺控制指令，控制激光發(fā)射方向； 所述透明調(diào)試板為兩個或兩個以上互相平行的垂直于圖像采集中心光線的透明調(diào)試板，將其置于激光點可視距離范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使打到每個透明調(diào)試板上的激光點到其與圖像采集単元中心光線交點的距離相等，實現(xiàn)激光光線和圖像采集單元的圖像采集中心光線雙光線平行； 所述信號處理單元用來進行中心管理平臺與圖像采集単元、激光測距單元、高精度云臺之間信息、數(shù)據(jù)、指令的編解碼、傳輸；將圖像采集單元的圖像信息處理后通過網(wǎng)絡傳至中心管理平臺，將激光測距單元的測距數(shù)據(jù)處理后通過網(wǎng)絡傳至中心管理平臺，通過網(wǎng)絡接收中心管理平臺轉(zhuǎn)發(fā)過來的云臺控制指令，將其處理后傳至高精度云臺，控制高精度云臺的旋轉(zhuǎn)方向，從而控制激光發(fā)射方向； 所述中心管理平臺用來進行遠程操控單元與圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺、信號處理單元之間的信息、數(shù)據(jù)、指令的管控轉(zhuǎn)發(fā)； 所述遠程操控單元包括處理單元、顯示器和操作單元，處理單元用來從中心管理平臺獲取經(jīng)信號處理單元處理后的圖像采集單元的圖像信息和激光測距單元的測距數(shù)據(jù)，然后結(jié)合畫面中心點的位置，確定激光點相對于畫面中心點的位置，并將圖像信息、測距數(shù)據(jù)、畫面中心點位置信息、激光點位置信息處理后傳給顯示器，同時將操作單元傳來的云臺控制信息處理后上傳至中心管理平臺；顯示器用來顯示處理單元傳來的圖像信息、測距數(shù)據(jù)、畫面中心點和激光點；操作單元用來供用戶操作，使用戶能夠根據(jù)顯示器顯示的激光點和目標點的相對位置確定高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向，并通過操作單元將云臺控制信息輸入給處理單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種跟蹤激光點的測距方法和系統(tǒng)，系統(tǒng)包括圖像采集單元、激光測距單元、高精度云臺、透明調(diào)試板、信號處理單元、中心管理平臺及遠程操控單元。通過透明調(diào)試板調(diào)節(jié)激光測距單元在高精度云臺上的安放位置，使激光光線和圖像采集中心光線平行，同時固定激光測距單元，并確定激光光線到圖像采集中心光線的距離。之后即可根據(jù)測距數(shù)據(jù)跟蹤，定位并顯示激光點的準確位置，并通過調(diào)節(jié)高精度云臺旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)激光發(fā)射方向，使激光點準確打在目標點上，減少由于距離較遠或光線強較等因素導致的看不清或看不到激光點位置所導致的測距誤差，實現(xiàn)激光測距數(shù)據(jù)的準確可靠。
文檔編號G01S17/08GK102636788SQ20121013414
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者姜青山, 季增光, 潘大偉, 王福建, 薛冬嬌 申請人:山東卡爾電氣股份有限公司