專(zhuān)利名稱：視頻攝像與激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電測(cè)量裝置。它適用于需要通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，對(duì)被觀測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)、質(zhì)量分析和資料存儲(chǔ)等的領(lǐng)域。特別適用于大型公共建筑施工過(guò)程中，對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行適時(shí)遠(yuǎn)程質(zhì)量監(jiān)控的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
隨著大中型公共工程設(shè)施(如樓宇、大中型水利工程、高速公路交通工程、大型體育娛樂(lè)設(shè)施等)的大量起建，群眾和政府對(duì)它們的質(zhì)量和安全性越來(lái)越關(guān)注。分別建立了一系列杜絕質(zhì)量事故防范制度，如建立了待用建材的預(yù)檢制度和工程中的監(jiān)理制度等。待用的建材都必須經(jīng)過(guò)有質(zhì)量檢測(cè)資質(zhì)的單位對(duì)取樣和送檢的樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)樣品合格的批次產(chǎn)品均打上與樣品同樣批號(hào)的標(biāo)識(shí)。在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)，工程監(jiān)理可隨機(jī)復(fù)檢，以保證用材可靠性。隨著工程的全面展開(kāi)，數(shù)量不多的監(jiān)理往往難以應(yīng)付，質(zhì)量追溯可行性更差。加上 商業(yè)利益的驅(qū)使，偷工減料、換材混料的事件時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致工程的遠(yuǎn)期質(zhì)量和安全難以保證。因此，提出了研發(fā)在后方能全天候適時(shí)地?cái)z錄監(jiān)控工地施工的現(xiàn)場(chǎng)情況，又能隨機(jī)地對(duì)所用的材料和施工質(zhì)量進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和測(cè)量的新型光電測(cè)量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可用于大中型公共工程建設(shè)工地的中遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的、能適時(shí)監(jiān)控?cái)z錄、能隨機(jī)復(fù)檢驗(yàn)證用材和部分工藝質(zhì)量的視頻攝像與激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于它包括五個(gè)部分1是視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)(該部分為本發(fā)明的重點(diǎn))是一個(gè)帶大變倍比變焦鏡頭的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)；111是可顯示水平和俯仰角度的帶精密刻度盤(pán)電動(dòng)防震云臺(tái)；IV是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；v是后端視頻接收顯示裝置。本發(fā)明測(cè)量裝置采用視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置及精密云臺(tái)結(jié)合的測(cè)量方式，并通過(guò)與大變倍比變焦距攝像鏡頭作為視頻監(jiān)控光學(xué)系統(tǒng)的組合。其工作原理是將本發(fā)明光電測(cè)量裝置安裝在施工工地視野較佳的位置或吊裝在長(zhǎng)臂大吊車(chē)合適的位置上。通過(guò)電動(dòng)調(diào)整(屬于已有技術(shù))，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)II處在中短焦，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大范圍監(jiān)控。根據(jù)需要，把焦距調(diào)整到長(zhǎng)焦距，對(duì)定點(diǎn)進(jìn)行放大監(jiān)控。由于測(cè)量系統(tǒng)I和監(jiān)控系統(tǒng)II的光軸是相互平行，所以激光測(cè)距儀上的視頻攝像頭同時(shí)也捕捉到監(jiān)控系統(tǒng)范圍內(nèi)的景物的圖像。視頻監(jiān)控系統(tǒng)II實(shí)際上起著測(cè)量系統(tǒng)I的導(dǎo)向作用。通過(guò)后端視頻接收顯示裝置進(jìn)行遙控(屬于已有技術(shù))，使電動(dòng)云臺(tái)水平或俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，使所定的點(diǎn)和視頻攝像機(jī)上成的十字分劃像的中心點(diǎn)重合?？梢杂妹}沖或相位式激光測(cè)距儀起動(dòng)激光進(jìn)行測(cè)距。與此同時(shí)，在后端視頻接收顯示裝置上，也同時(shí)顯示出相對(duì)云臺(tái)水平面中心軸的水平轉(zhuǎn)角和俯仰轉(zhuǎn)角值。本發(fā)明光電測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)目前迅速發(fā)展的大中型公共工程建設(shè)的需要，采用把激光測(cè)距和能精密測(cè)角的電動(dòng)云臺(tái)相結(jié)合的測(cè)量方法，特別是采用視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸的光電測(cè)量系統(tǒng)方式，既實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)量的計(jì)算，又能提高測(cè)量的精度。本發(fā)明光電測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)還在于增設(shè)了與測(cè)量系統(tǒng)光軸相互平行的帶一個(gè)大變倍比變焦距鏡頭的視頻攝像系統(tǒng)。它可作為對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行中遠(yuǎn)程適時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，又可起到測(cè)量系統(tǒng)快速對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)的導(dǎo)向作用，提高測(cè)試效率。


圖I是本發(fā)明光電測(cè)量裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。其中(a)是主視結(jié)構(gòu)示意圖，(b)是(a)的左視圖，(c)是接收顯示裝置。其中，I是視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)；11是一個(gè)帶大變倍比變焦鏡頭的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)；111是可顯示水平和俯仰角度的帶精密刻度盤(pán)電動(dòng)防震云 臺(tái)；IV是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)；v是后端視頻接收顯示裝置。圖2是本發(fā)明光電測(cè)量裝置的測(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。A是測(cè)距儀的激光發(fā)射光路，，其中Al前置保護(hù)玻璃，A2、A3是轉(zhuǎn)向小棱鏡，A4、A5是產(chǎn)生正弦波和位相差光欄裝置，A6是激光器。B是激光束回波接收光路的大物鏡、C是透可見(jiàn)光反近紅外光的棱鏡組合、D是位相計(jì)算器件、E是內(nèi)調(diào)焦透鏡、F是正像棱鏡、G是帶雙線十字分劃的分劃板、H是測(cè)距儀目鏡。I是視頻轉(zhuǎn)接攝像鏡頭。J是CCD或CMOS攝像器件。圖3是本發(fā)明光電測(cè)量裝置的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量空間放置的物體的計(jì)算原理示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的I是視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)；11是一個(gè)帶大變倍比變焦鏡頭(其最大焦距設(shè)為f ' max)的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)；111是可顯示水平和俯仰角度的帶精密刻度盤(pán)電動(dòng)防震云臺(tái)；IV是信息(包括圖象、數(shù)據(jù)等)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(可以用RFID方式、或通過(guò)電力線“電力貓PLC”方式、或同軸電纜等方式);V是后端視頻接收顯示裝置。所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)I和帶大變倍比變焦鏡頭的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)II的光軸在同一垂直面上調(diào)整成相互平行。所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)I的光軸垂直面必須通過(guò)所述的可顯示水平和俯仰角度的帶精密刻度盤(pán)電動(dòng)防震云臺(tái)IV的垂直方向轉(zhuǎn)軸的中心。本發(fā)明光電測(cè)量裝置的測(cè)量方案是如圖3所示，AB是空間待測(cè)物的尺寸。測(cè)量時(shí)，通過(guò)遙控精密電動(dòng)云臺(tái)，把待測(cè)物的A點(diǎn)移到測(cè)量系統(tǒng)上視頻十字分劃板像的中心(它和激光測(cè)距儀接收到的激光束回波經(jīng)物鏡的聚焦點(diǎn)的像重合)，起動(dòng)測(cè)距儀的激光，測(cè)出原點(diǎn)與A點(diǎn)的距離OA和與光軸水平面的俯仰夾角a。然后，通過(guò)水平方向云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，把B點(diǎn)調(diào)到視頻十字分劃板像垂直方向雙分劃線的中間，可測(cè)得水平轉(zhuǎn)角Y。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)俯仰方向的云臺(tái)，把待測(cè)的B點(diǎn)移到測(cè)量系統(tǒng)上視頻十字分劃板像的中心，啟動(dòng)測(cè)距儀的激光，測(cè)出原點(diǎn)與B點(diǎn)的距離OB和與光軸水平面的俯仰夾角β。由圖3可得W = M-Jf /JF = OAxCOSa /E = OBx COSp，_ I_2^_2 _ _EV = OF ~ + OK - 201' x 01； x COSy
_ I_2~_2 I_2~_IAB = UD *■ + BI) — = EF + il)—上述測(cè)量方案也適用于測(cè)量建材管徑。
如圖2所示為本發(fā)明光電測(cè)量裝置的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)，適應(yīng)中遠(yuǎn)程距離(60米以內(nèi))更高測(cè)量精度的要求，本發(fā)明采用相位式激光測(cè)距儀。A是測(cè)距儀的激光發(fā)射光路，其中Al是前置保護(hù)玻璃，A2、A3是轉(zhuǎn)向小棱鏡，A4是產(chǎn)生正弦波和位相差光欄裝置，A5是準(zhǔn)直透鏡，A6是激光器。B、C、D構(gòu)成測(cè)距儀激光束回波接收光路，其中B是激光束回波接收光路的大物鏡，它的焦距為f’fe ;C是透可見(jiàn)光反近紅外光的棱鏡組合；D是位相計(jì)算器件。A、B、C、E、F、G和H構(gòu)成激光測(cè)距儀的瞄準(zhǔn)光路，其中E是內(nèi)調(diào)焦透鏡；F是正像棱鏡；G是帶雙線十字分劃的分劃板；H是測(cè)距儀目鏡，其焦距為f’@。I是視頻轉(zhuǎn)接攝像鏡頭，其焦距為J是C⑶或CMOS攝像器件。I把G十字分劃及被觀測(cè)物成像在攝像器件J上。視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)的組合焦距feXf’視頻/f’ S。新構(gòu)成的視頻攝像“電子目鏡”，其光電放大倍率Mqe，由下式求出MQE=f’視頻/f’目XD/Dgm#。其中，D^胃是視頻監(jiān)不器對(duì)角線尺寸，D是攝像器件有效像面對(duì)角線尺寸。Dist為視頻轉(zhuǎn)接攝像鏡頭的最大相對(duì)畸變。本發(fā)明光電測(cè)量裝置必須滿足的條件是I. 2< ' 0Ε / '物〈I. 6......⑴L5〈f' 0E / f' max<2. 5......⑵2. 5<Moe/M @ <5......(3)Dist ^ I ±3% I ......⑷設(shè)定上述必須滿足條件的目的是條件⑴設(shè)定的目的是使視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)的組合焦距比原激光測(cè)距儀的焦距更長(zhǎng)，利于把目標(biāo)放得更大，提高激光測(cè)距的測(cè)量精度。同時(shí)，焦距越長(zhǎng)抖動(dòng)越嚴(yán)重，為了防止抖動(dòng)引起圖像不穩(wěn)影響測(cè)量精度，設(shè)定了最大焦距范圍。條件⑵設(shè)定的目的是保證起導(dǎo)向作用的監(jiān)控系統(tǒng)，在最長(zhǎng)焦時(shí)能提供稍大于測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)，以利于測(cè)量系統(tǒng)更快對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。條件⑶設(shè)定的目的是保證在顯示屏上看的景物和分劃板成的像比通過(guò)目鏡用眼睛直看的像至少大2. 5倍以上，以利于對(duì)準(zhǔn)。同時(shí)，設(shè)定放大比的范圍，目的是不使成像質(zhì)
量變差。條件⑷設(shè)定的目的是保證待測(cè)的目標(biāo)中的某一點(diǎn)處在視場(chǎng)邊緣時(shí)，不會(huì)因畸變過(guò)大，影響水平角的測(cè)量精度。本發(fā)明光電測(cè)量裝置的主要特征是采用把激光測(cè)距和能精密測(cè)角的電動(dòng)云臺(tái)相結(jié)合的測(cè)量方法，特別是采用視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸的光電測(cè)量系統(tǒng)方式，并提出應(yīng)滿足的條件1. 2〈f' 0E / f' <1.6,2. 5<M0E/M@<5,Dist ^ I ±3% I，既能實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)程測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)量的計(jì)算，又能提高測(cè)量的精度。本發(fā)明光電測(cè)量裝置的特征還在于增設(shè)了與測(cè)量系統(tǒng)光軸相互平行的一個(gè)帶大變倍比變焦距鏡頭的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它可作為工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行中遠(yuǎn)程適時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)；同時(shí)提出了應(yīng)滿足的條件1. 5〈f' JV max〈2. 5，使它在最長(zhǎng)焦時(shí)能提供稍大于測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)，以利于測(cè)量系統(tǒng)更快找到目標(biāo)，可起到測(cè)量系統(tǒng)快速對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)的導(dǎo)向作用，提高測(cè)試效率。實(shí)施例本發(fā)明光電測(cè)量裝置的實(shí)施例帶大變倍比變焦鏡頭的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的大變倍比變焦鏡頭的焦距為f' $為6_1 60mm，f' max=60mm本發(fā)明光電測(cè)量裝置的測(cè)量系統(tǒng)f'物=103臟，;1^ @=8.6臟，和f'視場(chǎng)=12.2臟，計(jì)算可得f' 0E=146· lmm, M @=29. 07χο如果D攝像器件=6mm(l/3"器件)，當(dāng)計(jì)算機(jī)采用下列尺寸顯示屏?xí)r15"屏?xí)r，Ds示屏=38Imm,可得M 0E ^ 90x ；I7"屏?xí)r，D顯示屏=431· 8臟，可得M 0 E ^ 102χ。
權(quán)利要求
1.一種視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于它包括五部分1是視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)是帶大變倍比變焦鏡頭的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)；111是能顯示水平和俯仰角度的帶精密刻度盤(pán)電動(dòng)防震云臺(tái)；IV是包括圖象、數(shù)據(jù)等信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是后端視頻接收顯示裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)I和帶大變倍比變焦鏡頭的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)II的光軸在同一垂直面上調(diào)整成相互平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)I的光軸垂直面必須通過(guò)所述的可顯示水平和俯仰角度的帶精密刻度盤(pán)電動(dòng)防震云臺(tái)IV的俯仰方向轉(zhuǎn)軸的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)中采用相位式激光測(cè)距儀，所述的激光測(cè)距儀的瞄準(zhǔn)光路由測(cè)距儀的激光發(fā)射光路A、激光束回波接收光路的大物鏡B、透可見(jiàn)光反近紅外光的棱鏡組合C、位相計(jì)算器件D、內(nèi)調(diào)焦透鏡E、正像棱鏡F、帶雙線十字分劃的分劃板G、測(cè)距儀目鏡H、視頻轉(zhuǎn)接攝像鏡頭I、CCD或CMOS攝像器件J依序構(gòu)成； 所述的激光發(fā)射光路A由前置保護(hù)玻璃Al，位于保護(hù)玻璃Al的與激光束回波接收光路的大物鏡B相鄰面中心上的第一轉(zhuǎn)向小棱鏡A2，和位于保護(hù)玻璃Al外的一側(cè)的、且光路與第一轉(zhuǎn)向小棱鏡A2垂直的第二轉(zhuǎn)向小棱鏡A3，產(chǎn)生正弦波和位相差光欄裝置A4、A5，且A5是準(zhǔn)直透鏡，A6是激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)的組合焦距f\E=r@，新構(gòu)成的視頻攝像“電子目鏡”，其光電放大倍率為Mqe，由下式求出MQE=f’視頻/f’ g XD顯示屏/D攝像器件； 其中， f’ QE是視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)的組合焦距； P 是激光束回波接收光路的大物鏡B的焦距為f’ ； f’視頻是。是視頻轉(zhuǎn)接攝像鏡頭I的焦距； f’ @是測(cè)距儀目鏡的焦距； Dsijw是視頻監(jiān)示器對(duì)角線尺寸； D 是攝像器件有效像面對(duì)角線尺寸； Dist是視頻轉(zhuǎn)接攝像鏡頭的最大相對(duì)畸變。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于它必須滿足的條件是
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，其特征在于它還需滿足的條件1. 5〈f' OE / f' max〈2.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種視頻攝像與激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量裝置，它包括五個(gè)部分I是視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸光電測(cè)量系統(tǒng)；II是一個(gè)帶大變倍比變焦鏡頭的高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)；III是可顯示水平和俯仰角度的帶精密刻度盤(pán)電動(dòng)防震云臺(tái)；IV是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；V是后端視頻接收顯示裝置。本發(fā)明光電測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用把激光測(cè)距和能精密測(cè)角的電動(dòng)云臺(tái)相結(jié)合的測(cè)量方法，特別是采用視頻攝像和激光測(cè)距儀同軸的光電測(cè)量系統(tǒng)方式，既實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)量的計(jì)算，又能提高測(cè)量的精度。本發(fā)明可作為對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行中遠(yuǎn)程適時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，又可起到測(cè)量系統(tǒng)快速對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)的導(dǎo)向作用，提高測(cè)試效率。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102901448SQ201210396399
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者鄭文, 賴愛(ài)光, 林升, 孫小燕, 王艷敏, 黃燕丹, 黃思尚, 上官新水, 葉鴻英 申請(qǐng)人:福建匯川數(shù)碼技術(shù)科技有限公司