一种测定两个目标点之间距离的测距仪的制作方法

文档序号:5107749阅读:504来源:国知局
专利名称:一种测定两个目标点之间距离的测距仪的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种测距技术,具体说,涉及一种测定两个目标点之间距离的测 距仪。
背景技术
激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确,其误差仅为其它光学测距仪 的五分之一到数百分之一,因而被广泛用于地形测量,战场测量,坦克、飞机、舰艇和火炮对 目标的测距,测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。同时,也是提高高坦克、飞机、舰 艇和火炮精度的重要技术装备。激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。现有激光测距仪在工 作时向目标射出一束很细的激光,由光电元件接收目标反射的激光束,计时器测定激光束 从发射到接收的时间,计算出从观测者到目标的距离。如果光以速度c在空气中传播在A、 B两点间往返一次所需时间为t,则A、B两点间距离D可用D = ct/2表示,式中D表示A、B 两点间距离,c表示光在大气中传播的速度,t表示光往返A、B —次所需的时间。由上式可 知,要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t,根据测量时间方法的不同,通常可分 为脉冲式和相位式两种测量形式。相位式是用无线电波段的频率,对激光束进行幅度调制 并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟,再根据调制光的波长,换算此相位延迟所 代表的距离。但是,上述的激光测距技术对于电子器件的要求极高,所以,造成激光测距仪的制 造成本居高不下,限制了大范围推广使用。如图1所示,是现有技术中影像感测装置的结构示意图。影像感测装置100的结 构包括图像传感器101和镜头102。影像感测装置100可以选用数码摄像机或者数码照 相机。图像传感器能够将照射到其上的光形成图像数据。图像传感器可以采用电荷藕合器 件图像传感器(CCD,Charge CoupledDevice)或者互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor)。

实用新型内容本实用新型所解决的技术问题是提供一种测定两个目标点之间距离的测距仪,由 于测距计算方式简单,所以可以大大降低对电子器械的要求,便于大面积推广。技术方案如下一种测定两个目标点之间距离的测距仪,包括影像感测装置,还包括横梁,所述横 梁上设置有第一激光器、影像感测装置、数值运算模块和显示屏。进一步所述影像感测装置包括镜头和图像传感器。进一步还包括第二激光器。 进一步还包括主板,所述数值运算模块和显示屏设置在所述主板上,所述主板用 于为所述数值运算模块和显示屏提供电路。[0012]进一步还包括支架,所述横梁固定在所述支架上。进一步所述横梁设置有激光器转轴、横梁转轴和影像感测装置转轴;所述激光 器通过所述激光器转轴固定在所述横梁上,所述影像感测装置通过所述影像感测装置转轴 固定在所述横梁上,所述横梁通过所述横梁转轴固定在所述支架上。进一步在所述镜头前端设置滤光片,所述滤光片用于过滤掉干扰光。进一步所述图像传感器采用电荷藕合器件图像传感器或者互补性氧化金属半导 体。进一步所述影像感测装置选用数码摄像机或者数码照相机。进一步在所述第一激光器的前端一设定距离处设置一个辅助测距反光透光板。本实用新型技术方案带来的技术效果包括1、本实用新型和现有的激光测距技术完全不同,提供了一种全新的测距方式,由 于测距计算方式简单,所以可以大大降低对电子器械的要求,便于大面积推广。2、在建筑施工、建筑安装、房屋测量等活动中,经常需要测量两点之间距离,目前 所采用的方法基本上采用皮尺或卷尺进行丈量,测量时常常需要两个人来进行,有时因现 场环境复杂、测量点不易到达甚至不能到达,给测量造成不便。而本实用新型使用方便,非 常适合于复杂条件下使用。3、本实用新型“所见即所量”,只需将装置放置在测量点,将所发射的激光指向所 需测量的两个目标点即可看到测量数据;使用时只需一人便可测量两点之间的距离,不需 要到达两点中的任何一点。

图1是现有技术中影像感测装置的结构示意图;图2是本实用新型中利用一个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的工作示 意图;图3是本实用新型中利用二个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的工作示 意图;图4是本实用新型中图2示例得出两目标点之间距离的算法示意图;图5是本实用新型中图3示例得出两目标点之间距离的算法示意图;图6是本实用新型中CCD倾斜后得出反射光线夹角的示意图;图7是本实用新型中设置有激光器转轴、横梁转轴和影像感测装置转轴的测距仪 的工作示意图;图8是本实用新型中测定发射角的算法示意图。
具体实施方式
本实用新型所提供的测距仪采用一种全新的测距方式,可以便捷有效地测量出两 个目标点之间的距离。以激光源为光源点,以第一个目标点为光反射点,以影像感测装置为 光接收点,构建构建第一个三角形;以激光源为光源点,以第二个目标点为光反射点,以影 像感测装置为光接收点,构建构建第二个三角形;光源点向目标点发射激光,通过影像感测 装置分别获得两个反射激光束的反射角,进而获得两束反射激光之间的夹角,当光接收点与光源点之间的距离已知的情况下,就可以利用三角形原理获得两个目标点之间距离,达 到测距的目的。下面参考附图和优选实施例,对本实用新型技术方案做详细说明。如图2所示,是本实用新型中利用一个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的 工作示意图。本优选实施例中,激光器201和影像感测装置100在一条直线上;当测定远处 目标点206和目标点207之间的距离时,激光器201分别向目标点206和目标点207发射 激光束,影像感测装置100捕获目标点206和目标点207反射回来的激光束。测距仪的结构包括激光器201、横梁202、影像感测装置100、主板203,以及设置 在主板203上的数值运算模块204和显示屏205。其中,激光器201和影像感测装置100 固定在横梁202上,激光器201作为光源用于向目标点206和目标点207分别发射激光束; 目标点206和目标点207分别反射照射到自身的激光束;影像感测装置100用于捕捉目标 点206和目标点207反射回来的激光束,并将两次激光束形成的图像信息发送到数值运算 模块204;数值运算模块204接收图像信息,测定图像信息上光点到设定基点之间的距离。 数值运算模块204中设定有镜头102中心点到(XD101之间的距离以及镜头102到激光器 201之间的距离,数值运算模块204根据光点到设定基点之间的距离和镜头102中心点到 CCD101之间的距离得出两组反射激光束的水平夹角。激光束的发射角度根据激光器的实 际偏移获得。两束反射激光之间的夹角为每一束反射激光水平夹角之差。所以,根据激光 束的发射角、反射角、反射光线之间的夹角和镜头102到激光器201之间的距离可以得出目 标点206到目标点207之间的距离。数值运算模块204将目标点206到目标点207之间距 离以数据的形式发送到显示屏205进行显示。主板203用于为数值运算模块204和显示屏 205提供电路系统。主板203、数值运算模块204和显示屏205可以设置在横梁202上,其中,显示屏 205和数值运算模块204设置在主板203上,数值运算模块204和显示屏205各自可以采用 单独的电路,这种情况下主板203可以省略。另外,激光器201、影像感测装置100和主板 203也可以设置在专用的外壳或者部件上,这样可以省略此处的横梁202。为了方便测量,可以为测距仪配置一个起固定作用的支架,通过横梁202将测距 仪固定在该支架上。为了有效捕捉反射回来的激光束,可以在镜头102前端设置滤光片,通 过滤光片可以有效过滤掉干扰光。如图3所示,是本实用新型中利用二个光源测定两个目标点之间距离的测距仪的 工作示意图。本优选实施例相当于图2示例增加了一个激光器208。测量目标点206和目 标点207之间的距离时,激光器201向目标点206发射激光束,和目标点207分别发射激光 束,激光器208向目标点207发射激光束,目标点206和目标点207分别反射照射到自身的 激光束;影像感测装置100捕捉目标点206和目标点207反射回来的激光束,并将两次激光 束形成的图像信息发送到数值运算模块204。两束反射激光之间的夹角依然是每一束反射激光水平夹角之差。所以,根据激光 束的发射角、反射角、反射光线之间的夹角,以及镜头102到激光器201之间的距离和镜头 102到激光器208之间的距离就可以得出目标点206到目标点207之间的距离。如图4所示,是本实用新型中图2示例得出两目标点之间距离的算法示意图。设 定目标点206为点C1,目标点207为点C2,激光器201为点B,基线穿过镜头102中心点0,
5基线和(XD101的垂直交点是设定基点P,C1点反射回来的激光束在(XD101形成光点A1, C2点反射回来的激光束在(XD101形成光点A2,(XD101和线段B0平行;向C1发射的激光 束的发射角R5为90°角,向C2发射的激光束的发射角为R1。激光束的发射角度根据激光器的实际偏移获得,即发射角度=90° _偏移角度, 例如,当偏移角度为0时,发射角度为90,当偏移角度为45°时,发射角度为45°。当有激光射到(XD101上时,会在(XD101上形成光点,如果激光束在(XD101上形 成的光点较大,则取该光点的中心作为点A1或者A2。这样,0、A1、P就会构成一个直角三 角形0A1P,0、A2、P就会构成一个直角三角形0A2P。C2、0和B,以及C1、0和B就会构成两 个三角形C20B和C10B,其中C10B是直角三角形,R5为直角。由于 CCD101 和线段 B0 平行,所以Z 0A1P = R3, R3 = arctgOP/AlP, OP 代表线段 0P的长度,A1P代表线段A1P的长度;Z 0A2P = R2,R2 = arctg0P/A2P, OP代表线段0P的 长度,A2P代表线段A2P的长度。所以,利用(XD101到0的距离、光点A1到设定基点P的 距离得到C1反射回来的激光束的水平夹角R3 ;利用CCD101到0的距离、光点A2到设定基 点P的距离得到C2反射回来的激光束的水平夹角R2。R2-R3 = R4,R4为两束反射激光之 间的夹角。C10 = B0/cosR3,线段B0代表激光器201到镜头102中心点0之间的距离,线 段C10代表C1到中心点0之间的距离;已知Rl、R2和线段B0,可以得出线段C20的长度, 线段C20代表C2到中心点0的距离;进而,在已知线段C20的长度、线段C10的长度和R4 的情况下,就可以得到线段C1C2的长度,线段C1C2代表目标点206和目标点207之间的距 罔。如图5所示,是本实用新型中得出图3示例中两目标点之间距离的算法示意图。设 定目标点206为点C1,目标点207为点C2,激光器201为点B1,激光器208为点B2,基线穿 过镜头102中心点0,基线和(XD101的垂直交点是设定基点P,C1点反射回来的激光束在 (XD101形成光点Al,C2点反射回来的激光束在(XD101形成光点A2,(XD101和线段B0平 行;向C1发射的激光束的发射角R5为90°角,向C2发射的激光束的发射角为R1。这样,0、A1、P就会构成一个直角三角形0A1P,0、A2、P就会构成直角三角形0A2P。 C2、0和B,以及C1、0和B就会构成两个三角形C20B和C10B,其中C10B是直角三角形,R5 为直角。依据上述原理同样可以得到目标点206和目标点207之间的距离。如图6所示,是本实用新型中CCD倾斜后得出反射光线夹角的示意图。当目标 点206距离激光器201较近时,激光器201同样以垂直于水平方向发射激光束,由于目标 点206或者目标点207反射回来的激光束倾斜较大,激光束有可能打不到CCD101上,使得 CCD101不能有效成像。为了解决这个问题,固定影像感测装置100时,预先使影像感测装置 100倾斜一定的角度,使得CCD101不再和线段B0平行,而是形成一个小于90°的夹角。本 优选实施例中,(XD101和线段B0之间的夹角为45°角。按照图4和图5示例方法建立三 角关系,线段0A1的延长线和水平线的交点为Q。设定此时得到的C1反射激光束和倾斜后 的(XD101的夹角为Z c,(XD101的倾斜角为Z d(即(XD101和水平线的夹角),则C1反射 激光束水平方向的夹角为Z c-Zd = R3。同样道理,可以得出R2。图4至图6描述的算法固化在数值运算模块204中,这样,当数值运算模块204接 收到图像信息后立刻就可以得出两点之间的距离,并将该距离数据发送到显示屏205进行显不。如图7所示,是本实用新型中设置有激光器转轴703、激光器转轴704、横梁转轴 702和影像感测装置转轴701的测距仪的工作示意图。为了进一步便于测量距离和捕捉反 射回来的激光束,在横梁202上设置有激光器转轴703、激光器转轴704、横梁转轴702和影 像感测装置转轴701 ;激光器201通过激光器转轴703固定在横梁202上,激光器208通过 激光器转轴704固定在横梁202上,激光器201、激光器208通过激光器转轴703、激光器转 轴704可以实现水平转动,以便于对准目标点206和目标点207 ;影像感测装置100通过该 影像感测装置转轴701固定在横梁202上,影像感测装置100通过影像感测装置转轴701可 以实现水平转动,以便于捕捉反射回来的激光束;测距仪固定在支架上时,测距仪通过横梁 转轴602实现垂直方向转动。通过操作激光器转轴703、激光器转轴704、横梁转轴702和 影像感测装置转轴701,可以很方便实现对准目标点206、目标点207以及捕捉反射回来的 激光束。如图8所示,是本实用新型中测定发射角的算法示意图。本实用新型给出了另外 一种得到发射角的技术方案,在激光器201或者激光器208的前端一设定距离处设置一个 辅助测距反光透光板801,辅助测距反光透光板801是一个既可以透光又可以反光的镜片。 设辅助测距反光透光板801反射激光器208发射激光束的反光点为E,过点E向线段B1B2 做垂线,交于点D。辅助测距反光透光板801反射的激光束被影像感测装置100捕获到后, 就会得出反射角R6 ;根据线段ED的长度和角R6可以得到线段0D的长度,由于线段0B2为 已知,所以,可以进一步求出线段DB2的长度,最后,根据线段DB2的长度和线段ED的长度 可以得出发射角R1。本优选例中的算法固化在数值运算模块204中。
权利要求一种测定两个目标点之间距离的测距仪,包括影像感测装置,其特征在于还包括横梁,所述横梁上设置有第一激光器、影像感测装置、数值运算模块和显示屏。
2.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于所述影像感 测装置包括镜头和图像传感器。
3.如权利要求1或者2任一项所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于 还包括第二激光器。
4.如权利要求1或者2任一项所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于 还包括主板,所述数值运算模块和显示屏设置在所述主板上,所述主板用于为所述数值运 算模块和显示屏提供电路。
5.如权利要求1或者2任一项所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于 还包括支架,所述横梁固定在所述支架上。
6.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于所述横梁设 置有激光器转轴、横梁转轴和影像感测装置转轴;所述激光器通过所述激光器转轴固定在 所述横梁上,所述影像感测装置通过所述影像感测装置转轴固定在所述横梁上,所述横梁 通过所述横梁转轴固定在所述支架上。
7.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于在所述镜头 前端设置滤光片,所述滤光片用于过滤掉干扰光。
8.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于所述图像传 感器采用电荷藕合器件图像传感器或者互补性氧化金属半导体。
9.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于所述影像感 测装置选用数码摄像机或者数码照相机。
10.如权利要求1所述的测定两个目标点之间距离的测距仪,其特征在于在所述第一 激光器的前端一设定距离处设置一个辅助测距反光透光板。
专利摘要本实用新型公开了一种测定两个目标点之间距离的测距仪,包括影像感测装置,还包括横梁,所述横梁上设置有第一激光器、影像感测装置、数值运算模块和显示屏。本实用新型测距计算方式简单,所以可以大大降低对电子器械的要求,便于大面积推广。
文档编号G01B11/02GK201615748SQ201020122430
公开日2010年10月27日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者卢波 申请人:卢波
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