专利名称：远距离目标观测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量技术，尤其涉及一种远距离目标观测系统。
背景技术：
现场测量技术在工业中得到广泛的应用，如物体表面的尺寸测量、物体表面缝隙尺寸的测量等，但现场测量技术具有局限性，在一些场合无法使用，如远距离文物建筑表面观测，混凝土结构体裂缝观测。下面以混凝土结构体裂缝检测为例详细说明。裂缝检测是桥梁检测、建筑老化检测方面必须经常进行的工作，其主要是指对建筑物表面的混凝土裂缝的尺寸进行检测，现有的混凝土裂缝检测技术一般是基于现场作业，例如，裂缝宽度对比尺、裂缝显微镜等，都是基于作业人员对被检测物体进行近距离的检测，使用放大设备对观测到的裂缝图像进行放大、读取数值，再根据放大倍数及所读取的数值对裂缝的真实尺寸进行计算。现有裂缝检测技术存在以下局限现有检测方法主要依赖人工操作，误差一般较大且对远距离无法触及的物体无法进行测量。
实用新型内容本实用新型提供一种远距离目标观测系统，用以实现对远距离裂缝的观测，并计算其实际尺寸。本实用新型提供一种远距离目标观测系统，其中，包括参考标准采集器，包括三个激光测距机，用于发射激光至目标物体所在平面以获取三个激光点与测距机之间的距离，所述三个激光测距机的激光发射方向相互平行；图像采集仪器，用于沿图像采集仪器的光轴方向获取目标物体的图像，所述图像采集仪器的光轴方向与所述激光发射方向平行；图像处理器，用于根据获取到的三个激光点的距离计算平均距离和成像平面与被测平面之间的单应矩阵，并根据所述平均距离、所述单应矩阵和所述图像中的目标物体尺寸计算所述目标物体的实际尺寸。如上所述的远距离目标观测系统，优选的是，所述图像处理器包括距离计算单元，用于根据获取到的三个激光点的距离计算平均距离；单应矩阵计算单元，用于根据获取到的三个激光点的距离计算成像平面与被测平面之间的单应矩阵；扰动消除单元，用于消除由于空气热密度不均产生的图像的扰动误差；图像校正单元，用于根据所述单应矩阵将图像中的目标物体投影至直视角度，获取直视角度下目标物体的图像；图像搜索单元用于获取图像中的目标物体尺寸；尺寸计算单元，用于根据所述图像中的目标物体尺寸和所述平均距离计算所述目标物体的实际尺寸。如上所述的远距离目标观测系统，优选的是还包括支架，所述支架包括支撑架、 固定座、横向旋转组件和竖向旋转组件；所述固定座与所述图像采集仪器之间通过竖向旋转组件相互连接；所述参考标准采集器固定在图像采集仪器的镜头处；所述固定座与所述支撑架之间通过横向旋转组件相互连接。如上所述的远距离目标观测系统，优选的是所述参考标准采集器的三个激光测距机呈120度均勻分布在所述镜头的周边。如上所述的远距离目标观测系统，优选的是所述图像采集仪器为数字摄像机，具备长焦镜头。如上所述的远距离目标观测系统，优选的是，还包括瞄准镜，用于观测目标物体所处的位置；照明设备，用于照明。本实用新型提供的远距离目标观测系统，通过参考标准采集器获得目标物体的实际尺寸与所拍摄图像中的目标物体尺寸之间的倍数关系，通过图像采集仪器采集目标物体的图像，通过图像处理器对采集到的图像进行处理，并根据处理后的图像计算目标物体的实际尺寸。本实用新型提供的远距离目标观测系统可实现对远距离物体的观测，并可以计算其实际尺寸。
图1为本实用新型实施例一提供的远距离目标观测系统示意图。图2为本实用新型实施例一提供的远距离目标观测系统中图像处理器的结构示意图。附图标记1-激光测距机；2-图像采集仪器；3-图像处理器；4-目标物体所在平面。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例一图1为本实用新型实施例一提供的远距离目标观测系统的结构示意图，图2为本实用新型实施例一提供的远距离目标观测系统中图像处理器的结构示意图，下面结合图1 和图2对本实用新型实施例进行详细说明。本实用新型实施例提供一种远距离目标观测系统，其包括参考标准采集器，有三个激光测距机1，激光测距机1发射激光至目标物体所在平面4以获取三个激光点与激光测距机1之间的距离，三个激光测距机1的激光发射方向相互平行；图像采集仪器2，沿图像采集仪器2的光轴方向获取目标物体的图像，图像采集仪器2的光轴方向与激光发射方向平行；图像处理器3，根据获取到的三个激光点的距离计算平均距离和成像平面与被测平面之间的单应矩阵，并根据平均距离、单应矩阵和图像中的目标物体尺寸计算目标物体的实际尺寸。所谓成像平面是指三个激光测距机1的出射点所构成的平面，所谓被测平面是指三个激光测距机1发射到被测物体表面的三个激光点所构成的平面。实际物体的表面不可能完全平整，但只要能基本能够成平面，本实施新型实施例提供的远距离目标观测系统就适用，如桥梁的桥洞等直径较大的建筑，所观测的裂缝所在表面的尺寸与桥梁直径相比小很多，所观测表面被视为平面。图像采集仪器2采集到的图像中的目标物体尺寸与目标物体的实际尺寸之间的倍数关系与成像平面与被测平面间的距离成线性关系，取参考标准采集器的三个激光测距机1测量的距离的平均值进行参考标准标定，得到系统的放大倍数，从而能够计算获得远距的目标物体的实际尺寸。在上述技术方案基础之上，优选的是，图像处理器3包括距离计算单元31，用于根据获取到的三个激光点的距离计算平均距离；单应矩阵计算单元32，用于根据获取到的三个激光点的距离计算成像平面与被测平面之间的单应矩阵；扰动消除单元33，用于消除由于空气热密度不均产生的图像的扰动误差；图像校正单元34，用于根据所述单应矩阵将图像中的目标物体投影至直视角度，获取直视角度下目标物体的图像；图像搜索单元35， 用于获取图像中的目标物体尺寸；尺寸计算单元36，用于根据图像中的目标物体尺寸和平均距离计算目标物体的实际尺寸。当观测距离较远时，可以观察到有气流扰动的现象，这主要是由于空气热密度不均产生的，此时需要对采集到的图像进行扰动消除，具体为将连续采集到图像保存到图像序列中，然后使用如下算法复原没有扰动的图像假设采集了 N帧图像，要恢复的图像I中的每个像素点I(i，j)的灰度值通过N帧连续的图像中对应位置的像素灰度值来计算，将N 个灰度值保存到数组中V[N]中，设定阈值T，阈值T的大小根据实际测量环境确定，本实施例中确定阈值T为10，从索引0开始，寻找小于T的最大连续区域索引a b，对这(b-a+1) 个值进行平均，平均值赋给I (i，j)，从而得到扰动消除后的图像。图像采集仪器采集的物体角度可能不与被测物体表面垂直，为避免侧向拍照引起的尺寸误差，需要使用单应矩阵对物体图像进行校正。单应矩阵的获取方法为三个激光测距机在远距离目标观测系统中的位置已知，即激光的出射平面的位置已知，根据三个激光测距机测得的距离，可以确定被测物体表面所在的平面。在成像平面和被测平面设定坐标系，设定原点，通过几何关系得到连原点在内的四组点坐标之间的变换方程式，计算得到单应矩阵。通过单应矩阵，将所拍摄的物体表面图像校正为直视拍摄时的物体图像，从而消除因侧面拍照引起的物体尺寸误差。图像校正后，使用自动搜索算法对物体进行搜索，以获取图像中的目标物体尺寸。 以裂缝搜索为例进行说明首先对校正后的图像进行高斯平滑；然后对图像用梯度算子进行处理；再对梯度算子图像进行膨胀和腐蚀，膨胀和腐蚀的次数为由量程最大值所确定的裂缝宽度换算成的像素数除以2 ；最后对图像进行二值化，沿裂缝的方向进行最大宽度和长度的计算，以获取裂缝的数目、每条裂缝长度和最大宽度，并将结果保存。本实用新型实施例提供的远距离目标观测系统，用于对具有连续表面的平面物体尺寸进行观测，尤其适用于对混凝土裂缝尺寸的观测，可有效的对远距离物体进行测量，并计算其实际尺寸。对于不连续的物体表面，可将其划分为几个连续的平面后再使用本实用新型实施例提供的远距离目标观测系统进行观测。实施例二本实施例以实施例一为基础，优先的是远距离目标观测系统，还包括支架，支架包括支撑架、固定座、横向旋转组件和竖向旋转组件；固定座与图像采集仪器之间通过竖向旋转组件相互连接；参考标准采集器固定在图像采集仪器的镜头处；固定座与支撑架之间通过横向旋转组件相互连接。固定座与图像采集仪器2之间通过竖向旋转组件相互连接，用于调节图像采集仪器的仰角高度；参考标准采集器固定在图像采集仪器2的镜头处，则参考标准采集器可随图像采集仪器2的镜头转动而转动，从而保证图像采集仪器的光轴方向与激光发射方向平行。固定座与支撑架之间通过横向旋转组件相互连接，则固定座可横向转动，从而带动其上连接的图像采集仪器2的转动，支撑架一般为三角架。在上述技术方案之上，优选的是，参考标准采集器的三个激光测距机呈120度均勻分布在镜头的周边，用于减小误差。在上述技术方案之上，优选的是，图像采集仪器为数字摄像机具备长焦镜头，可以根据测量距离的远近更换长焦镜头，保证所获取图像的清晰度。在上述技术方案之上，优选的是，远距离目标观测系统，还包括瞄准镜，用于观测目标物体所处的位置，便于图像采集仪器2确定目标物体的位置。照明设备，用于照明，可便于拍摄暗处物体，或在光线较暗的情况下拍摄物体。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种远距离目标观测系统，其特征在于，包括参考标准采集器，包括三个激光测距机，用于发射激光至目标物体所在平面以获取三个激光点与测距机之间的距离，所述三个激光测距机的激光发射方向相互平行；图像采集仪器，用于沿图像采集仪器的光轴方向获取目标物体的图像，所述图像采集仪器的光轴方向与所述激光发射方向平行；图像处理器，用于根据获取到的三个激光点的距离计算平均距离和成像平面与被测平面之间的单应矩阵，并根据所述平均距离、所述单应矩阵和所述图像中的目标物体尺寸计算所述目标物体的实际尺寸。
2.根据权利要求1所述的远距离目标观测系统，其特征在于，所述图像处理器包括 距离计算单元，用于根据获取到的三个激光点的距离计算平均距离；单应矩阵计算单元，用于根据获取到的三个激光点的距离计算成像平面与被测平面之间的单应矩阵；扰动消除单元，用于消除由于空气热密度不均产生的图像的扰动误差； 图像校正单元，用于根据所述单应矩阵将图像中的目标物体投影至直视角度，获取直视角度下目标物体的图像；图像搜索单元，用于获取图像中的目标物体尺寸；尺寸计算单元，用于根据所述图像中的目标物体尺寸和所述平均距离计算所述目标物体的实际尺寸。
3.根据权利要求1所述的远距离目标观测系统，其特征在于还包括支架，所述支架包括支撑架、固定座、横向旋转组件和竖向旋转组件； 所述固定座与所述图像采集仪器之间通过竖向旋转组件相互连接； 所述参考标准采集器固定在图像采集仪器的镜头处； 所述固定座与所述支撑架之间通过横向旋转组件相互连接。
4.根据权利要求3所述的远距离目标观测系统，其特征在于所述参考标准采集器的三个激光测距机呈120度均勻分布在所述镜头的周边。
5.根据权利要求1所述的远距离目标观测系统，其特征在于所述图像采集仪器为数字摄像机，具备长焦镜头。
6.根据权利要求1所述的远距离目标观测系统，其特征在于，还包括 瞄准镜，用于观测目标物体所处的位置；照明设备，用于照明。
专利摘要本实用新型公开了一种远距离目标观测系统，其中，包括参考标准采集器，包括三个激光测距机，用于发射激光至目标物体所在平面以获取三个激光点与测距机之间的距离，所述三个激光测距机的激光发射方向相互平行；图像采集仪器，用于沿图像采集仪器的光轴方向获取目标物体的图像，所述图像采集仪器的光轴方向与所述激光发射方向平行；图像处理器，用于根据获取到的三个激光点的距离计算平均距离和成像平面与被测平面之间的单应矩阵，并根据所述平均距离、所述单应矩阵和所述图像中的目标物体尺寸计算所述目标物体的实际尺寸。本实用新型提供的远距离目标观测系统可实现对远距离物体的观测，并可以计算其实际尺寸。
文档编号G01B11/00GK201964875SQ201120006958
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者郑睿 申请人:北京光电技术研究所