一種測定兩個目標點之間距離的測距儀的製作方法

2023-05-23 02:53:16 2

專利名稱：一種測定兩個目標點之間距離的測距儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測距技術，具體說，涉及一種測定兩個目標點之間距離的測 距儀。
背景技術：
雷射測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，其誤差僅為其它光學測距儀 的五分之一到數百分之一，因而被廣泛用於地形測量，戰場測量，坦克、飛機、艦艇和火炮對 目標的測距，測量雲層、飛機、飛彈以及人造衛星的高度等。同時，也是提高高坦克、飛機、艦 艇和火炮精度的重要技術裝備。雷射測距儀是利用雷射對目標的距離進行準確測定的儀器。現有雷射測距儀在工 作時向目標射出一束很細的雷射，由光電元件接收目標反射的雷射束，計時器測定雷射束 從發射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。如果光以速度c在空氣中傳播在A、 B兩點間往返一次所需時間為t，則A、B兩點間距離D可用D = ct/2表示，式中D表示A、B 兩點間距離，c表示光在大氣中傳播的速度，t表示光往返A、B —次所需的時間。由上式可 知，要測量A、B距離實際上是要測量光傳播的時間t，根據測量時間方法的不同，通常可分 為脈衝式和相位式兩種測量形式。相位式是用無線電波段的頻率，對雷射束進行幅度調製 並測定調製光往返測線一次所產生的相位延遲，再根據調製光的波長，換算此相位延遲所 代表的距離。但是，上述的雷射測距技術對於電子器件的要求極高，所以，造成雷射測距儀的制 造成本居高不下，限制了大範圍推廣使用。如圖1所示，是現有技術中影像感測裝置的結構示意圖。影像感測裝置100的結 構包括圖像傳感器101和鏡頭102。影像感測裝置100可以選用數碼攝像機或者數碼照 相機。圖像傳感器能夠將照射到其上的光形成圖像數據。圖像傳感器可以採用電荷藕合器 件圖像傳感器(CCD，Charge CoupledDevice)或者互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-OxideSemiconductor)。

實用新型內容本實用新型所解決的技術問題是提供一種測定兩個目標點之間距離的測距儀，由 於測距計算方式簡單，所以可以大大降低對電子器械的要求，便於大面積推廣。技術方案如下一種測定兩個目標點之間距離的測距儀，包括影像感測裝置，還包括橫梁，所述橫 梁上設置有第一雷射器、影像感測裝置、數值運算模塊和顯示屏。進一步所述影像感測裝置包括鏡頭和圖像傳感器。進一步還包括第二雷射器。 進一步還包括主板，所述數值運算模塊和顯示屏設置在所述主板上，所述主板用 於為所述數值運算模塊和顯示屏提供電路。[0012]進一步還包括支架，所述橫梁固定在所述支架上。進一步所述橫梁設置有雷射器轉軸、橫梁轉軸和影像感測裝置轉軸；所述雷射 器通過所述雷射器轉軸固定在所述橫梁上，所述影像感測裝置通過所述影像感測裝置轉軸 固定在所述橫梁上，所述橫梁通過所述橫梁轉軸固定在所述支架上。進一步在所述鏡頭前端設置濾光片，所述濾光片用於過濾掉幹擾光。進一步所述圖像傳感器採用電荷藕合器件圖像傳感器或者互補性氧化金屬半導 體。進一步所述影像感測裝置選用數碼攝像機或者數位照相機。進一步在所述第一雷射器的前端一設定距離處設置一個輔助測距反光透光板。本實用新型技術方案帶來的技術效果包括1、本實用新型和現有的雷射測距技術完全不同，提供了一種全新的測距方式，由 於測距計算方式簡單，所以可以大大降低對電子器械的要求，便於大面積推廣。2、在建築施工、建築安裝、房屋測量等活動中，經常需要測量兩點之間距離，目前 所採用的方法基本上採用皮尺或捲尺進行丈量，測量時常常需要兩個人來進行，有時因現 場環境複雜、測量點不易到達甚至不能到達，給測量造成不便。而本實用新型使用方便，非 常適合於複雜條件下使用。3、本實用新型「所見即所量」，只需將裝置放置在測量點，將所發射的雷射指向所 需測量的兩個目標點即可看到測量數據；使用時只需一人便可測量兩點之間的距離，不需 要到達兩點中的任何一點。

圖1是現有技術中影像感測裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型中利用一個光源測定兩個目標點之間距離的測距儀的工作示 意圖；圖3是本實用新型中利用二個光源測定兩個目標點之間距離的測距儀的工作示 意圖；圖4是本實用新型中圖2示例得出兩目標點之間距離的算法示意圖；圖5是本實用新型中圖3示例得出兩目標點之間距離的算法示意圖；圖6是本實用新型中CCD傾斜後得出反射光線夾角的示意圖；圖7是本實用新型中設置有雷射器轉軸、橫梁轉軸和影像感測裝置轉軸的測距儀 的工作示意圖；圖8是本實用新型中測定發射角的算法示意圖。
具體實施方式
本實用新型所提供的測距儀採用一種全新的測距方式，可以便捷有效地測量出兩 個目標點之間的距離。以雷射源為光源點，以第一個目標點為光反射點，以影像感測裝置為 光接收點，構建構建第一個三角形；以雷射源為光源點，以第二個目標點為光反射點，以影 像感測裝置為光接收點，構建構建第二個三角形；光源點向目標點發射雷射，通過影像感測 裝置分別獲得兩個反射雷射束的反射角，進而獲得兩束反射雷射之間的夾角，當光接收點與光源點之間的距離已知的情況下，就可以利用三角形原理獲得兩個目標點之間距離，達 到測距的目的。下面參考附圖和優選實施例，對本實用新型技術方案做詳細說明。如圖2所示，是本實用新型中利用一個光源測定兩個目標點之間距離的測距儀的 工作示意圖。本優選實施例中，雷射器201和影像感測裝置100在一條直線上；當測定遠處 目標點206和目標點207之間的距離時，雷射器201分別向目標點206和目標點207發射 雷射束，影像感測裝置100捕獲目標點206和目標點207反射回來的雷射束。測距儀的結構包括雷射器201、橫梁202、影像感測裝置100、主板203，以及設置 在主板203上的數值運算模塊204和顯示屏205。其中，雷射器201和影像感測裝置100 固定在橫梁202上，雷射器201作為光源用於向目標點206和目標點207分別發射雷射束； 目標點206和目標點207分別反射照射到自身的雷射束；影像感測裝置100用於捕捉目標 點206和目標點207反射回來的雷射束，並將兩次雷射束形成的圖像信息發送到數值運算 模塊204;數值運算模塊204接收圖像信息，測定圖像信息上光點到設定基點之間的距離。 數值運算模塊204中設定有鏡頭102中心點到(XD101之間的距離以及鏡頭102到雷射器 201之間的距離，數值運算模塊204根據光點到設定基點之間的距離和鏡頭102中心點到 CCD101之間的距離得出兩組反射雷射束的水平夾角。雷射束的發射角度根據雷射器的實 際偏移獲得。兩束反射雷射之間的夾角為每一束反射雷射水平夾角之差。所以，根據雷射 束的發射角、反射角、反射光線之間的夾角和鏡頭102到雷射器201之間的距離可以得出目 標點206到目標點207之間的距離。數值運算模塊204將目標點206到目標點207之間距 離以數據的形式發送到顯示屏205進行顯示。主板203用於為數值運算模塊204和顯示屏 205提供電路系統。主板203、數值運算模塊204和顯示屏205可以設置在橫梁202上，其中，顯示屏 205和數值運算模塊204設置在主板203上，數值運算模塊204和顯示屏205各自可以採用 單獨的電路，這種情況下主板203可以省略。另外，雷射器201、影像感測裝置100和主板 203也可以設置在專用的外殼或者部件上，這樣可以省略此處的橫梁202。為了方便測量，可以為測距儀配置一個起固定作用的支架，通過橫梁202將測距 儀固定在該支架上。為了有效捕捉反射回來的雷射束，可以在鏡頭102前端設置濾光片，通 過濾光片可以有效過濾掉幹擾光。如圖3所示，是本實用新型中利用二個光源測定兩個目標點之間距離的測距儀的 工作示意圖。本優選實施例相當於圖2示例增加了一個雷射器208。測量目標點206和目 標點207之間的距離時，雷射器201向目標點206發射雷射束，和目標點207分別發射雷射 束，雷射器208向目標點207發射雷射束，目標點206和目標點207分別反射照射到自身的 雷射束；影像感測裝置100捕捉目標點206和目標點207反射回來的雷射束，並將兩次雷射 束形成的圖像信息發送到數值運算模塊204。兩束反射雷射之間的夾角依然是每一束反射雷射水平夾角之差。所以，根據雷射 束的發射角、反射角、反射光線之間的夾角，以及鏡頭102到雷射器201之間的距離和鏡頭 102到雷射器208之間的距離就可以得出目標點206到目標點207之間的距離。如圖4所示，是本實用新型中圖2示例得出兩目標點之間距離的算法示意圖。設 定目標點206為點C1，目標點207為點C2，雷射器201為點B，基線穿過鏡頭102中心點0，
5基線和(XD101的垂直交點是設定基點P，C1點反射回來的雷射束在(XD101形成光點A1， C2點反射回來的雷射束在(XD101形成光點A2，(XD101和線段B0平行；向C1發射的雷射 束的發射角R5為90°角，向C2發射的雷射束的發射角為R1。雷射束的發射角度根據雷射器的實際偏移獲得，即發射角度=90° _偏移角度， 例如，當偏移角度為0時，發射角度為90，當偏移角度為45°時，發射角度為45°。當有雷射射到(XD101上時，會在(XD101上形成光點，如果雷射束在(XD101上形 成的光點較大，則取該光點的中心作為點A1或者A2。這樣，0、A1、P就會構成一個直角三 角形0A1P，0、A2、P就會構成一個直角三角形0A2P。C2、0和B，以及C1、0和B就會構成兩 個三角形C20B和C10B，其中C10B是直角三角形，R5為直角。由於 CCD101 和線段 B0 平行，所以Z 0A1P = R3, R3 = arctgOP/AlP, OP 代表線段 0P的長度，A1P代表線段A1P的長度；Z 0A2P = R2，R2 = arctg0P/A2P, OP代表線段0P的 長度，A2P代表線段A2P的長度。所以，利用(XD101到0的距離、光點A1到設定基點P的 距離得到C1反射回來的雷射束的水平夾角R3 ；利用CCD101到0的距離、光點A2到設定基 點P的距離得到C2反射回來的雷射束的水平夾角R2。R2-R3 = R4，R4為兩束反射雷射之 間的夾角。C10 = B0/cosR3,線段B0代表雷射器201到鏡頭102中心點0之間的距離，線 段C10代表C1到中心點0之間的距離；已知Rl、R2和線段B0，可以得出線段C20的長度， 線段C20代表C2到中心點0的距離；進而，在已知線段C20的長度、線段C10的長度和R4 的情況下，就可以得到線段C1C2的長度，線段C1C2代表目標點206和目標點207之間的距 罔。如圖5所示，是本實用新型中得出圖3示例中兩目標點之間距離的算法示意圖。設 定目標點206為點C1，目標點207為點C2，雷射器201為點B1，雷射器208為點B2，基線穿 過鏡頭102中心點0，基線和(XD101的垂直交點是設定基點P，C1點反射回來的雷射束在 (XD101形成光點Al，C2點反射回來的雷射束在(XD101形成光點A2，(XD101和線段B0平 行；向C1發射的雷射束的發射角R5為90°角，向C2發射的雷射束的發射角為R1。這樣，0、A1、P就會構成一個直角三角形0A1P，0、A2、P就會構成直角三角形0A2P。 C2、0和B，以及C1、0和B就會構成兩個三角形C20B和C10B，其中C10B是直角三角形，R5 為直角。依據上述原理同樣可以得到目標點206和目標點207之間的距離。如圖6所示，是本實用新型中CCD傾斜後得出反射光線夾角的示意圖。當目標 點206距離雷射器201較近時，雷射器201同樣以垂直於水平方向發射雷射束，由於目標 點206或者目標點207反射回來的雷射束傾斜較大，雷射束有可能打不到CCD101上，使得 CCD101不能有效成像。為了解決這個問題，固定影像感測裝置100時，預先使影像感測裝置 100傾斜一定的角度，使得CCD101不再和線段B0平行，而是形成一個小於90°的夾角。本 優選實施例中，(XD101和線段B0之間的夾角為45°角。按照圖4和圖5示例方法建立三 角關係，線段0A1的延長線和水平線的交點為Q。設定此時得到的C1反射雷射束和傾斜後 的(XD101的夾角為Z c，(XD101的傾斜角為Z d(即(XD101和水平線的夾角)，則C1反射 雷射束水平方向的夾角為Z c-Zd = R3。同樣道理，可以得出R2。圖4至圖6描述的算法固化在數值運算模塊204中，這樣，當數值運算模塊204接 收到圖像信息後立刻就可以得出兩點之間的距離，並將該距離數據發送到顯示屏205進行顯不。如圖7所示，是本實用新型中設置有雷射器轉軸703、雷射器轉軸704、橫梁轉軸 702和影像感測裝置轉軸701的測距儀的工作示意圖。為了進一步便於測量距離和捕捉反 射回來的雷射束，在橫梁202上設置有雷射器轉軸703、雷射器轉軸704、橫梁轉軸702和影 像感測裝置轉軸701 ；雷射器201通過雷射器轉軸703固定在橫梁202上，雷射器208通過 雷射器轉軸704固定在橫梁202上，雷射器201、雷射器208通過雷射器轉軸703、雷射器轉 軸704可以實現水平轉動，以便於對準目標點206和目標點207 ；影像感測裝置100通過該 影像感測裝置轉軸701固定在橫梁202上，影像感測裝置100通過影像感測裝置轉軸701可 以實現水平轉動，以便於捕捉反射回來的雷射束；測距儀固定在支架上時，測距儀通過橫梁 轉軸602實現垂直方向轉動。通過操作雷射器轉軸703、雷射器轉軸704、橫梁轉軸702和 影像感測裝置轉軸701，可以很方便實現對準目標點206、目標點207以及捕捉反射回來的 雷射束。如圖8所示，是本實用新型中測定發射角的算法示意圖。本實用新型給出了另外 一種得到發射角的技術方案，在雷射器201或者雷射器208的前端一設定距離處設置一個 輔助測距反光透光板801，輔助測距反光透光板801是一個既可以透光又可以反光的鏡片。 設輔助測距反光透光板801反射雷射器208發射雷射束的反光點為E，過點E向線段B1B2 做垂線，交於點D。輔助測距反光透光板801反射的雷射束被影像感測裝置100捕獲到後， 就會得出反射角R6 ；根據線段ED的長度和角R6可以得到線段0D的長度，由於線段0B2為 已知，所以，可以進一步求出線段DB2的長度，最後，根據線段DB2的長度和線段ED的長度 可以得出發射角R1。本優選例中的算法固化在數值運算模塊204中。
權利要求一種測定兩個目標點之間距離的測距儀，包括影像感測裝置，其特徵在於還包括橫梁，所述橫梁上設置有第一雷射器、影像感測裝置、數值運算模塊和顯示屏。
2.如權利要求1所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於所述影像感 測裝置包括鏡頭和圖像傳感器。
3.如權利要求1或者2任一項所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於 還包括第二雷射器。
4.如權利要求1或者2任一項所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於 還包括主板，所述數值運算模塊和顯示屏設置在所述主板上，所述主板用於為所述數值運 算模塊和顯示屏提供電路。
5.如權利要求1或者2任一項所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於 還包括支架，所述橫梁固定在所述支架上。
6.如權利要求1所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於所述橫梁設 置有雷射器轉軸、橫梁轉軸和影像感測裝置轉軸；所述雷射器通過所述雷射器轉軸固定在 所述橫梁上，所述影像感測裝置通過所述影像感測裝置轉軸固定在所述橫梁上，所述橫梁 通過所述橫梁轉軸固定在所述支架上。
7.如權利要求1所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於在所述鏡頭 前端設置濾光片，所述濾光片用於過濾掉幹擾光。
8.如權利要求1所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於所述圖像傳 感器採用電荷藕合器件圖像傳感器或者互補性氧化金屬半導體。
9.如權利要求1所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於所述影像感 測裝置選用數碼攝像機或者數位照相機。
10.如權利要求1所述的測定兩個目標點之間距離的測距儀，其特徵在於在所述第一 雷射器的前端一設定距離處設置一個輔助測距反光透光板。
專利摘要本實用新型公開了一種測定兩個目標點之間距離的測距儀，包括影像感測裝置，還包括橫梁，所述橫梁上設置有第一雷射器、影像感測裝置、數值運算模塊和顯示屏。本實用新型測距計算方式簡單，所以可以大大降低對電子器械的要求，便於大面積推廣。
文檔編號G01B11/02GK201615748SQ201020122430
公開日2010年10月27日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者盧波 申請人:盧波