一种新型远距离测量定标仪制造技术

一种新型远距离测量定标仪，属于测量领域，尤其涉及远距离非接触测量的定标方法。本发明专利技术主要解决远距离测量的定标的问题，提供一种远距离检测非接触式定标方法及其具体实施途径。本发明专利技术由同平面内两支夹角很小的激光笔、一个激光测距仪与两个角度传感器(一个水平面内的转角传感器、一个铅垂面内的俯仰角传感器)组成。根据检测时拍摄设备的水平角、俯仰角以及到被测面的距离等数据计算出所拍照片上两个激光点的中心距，进而得到照片上每个像素点的大小，从而实现远距离检测中的定标功能。主要用于对难以接近的被检测目标进行远距离图像检测时的定标，使得检测结果可以量化分析与比对，提高检测的数字化，检测结论更加科学。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量领域，尤其涉及远距离非接触测量的定标方法及实现。
技术介绍
远距离定量检测的关键因素在于线度测量，要在远距拍摄的数码照片上完成精确测量，首先必须标定每个像素的大小，即图像中的一个像素所代表的实际宽度，其单位是mm/pix。这个过程称之为“定标”，定标的精度直接关系到测量的精度。传统定标一般做法是在拍摄目标物时，将已知实际长度和面积的标尺放在目标物旁边，拍摄时将标尺包含进去，要求标尺颜色尽量单一，便于快速提取。比如在需要被摄取的裂缝旁贴一标准长度的黑色纸条。采集图像后经过处理，可提取图像中黑色纸条在长度方向上的像素点个数，纸条的标准长度除以像素点个数即得到一个像素所代表的宽度[1]。如纸条的长度是100mm，实际测得像素点个数是1000个。那么一个像素所代表的实际宽度＝100/1000＝0.1mm/pix。这种方法的优点是标尺长度固定且贴近测量目标，定标误差小，换算方法简单易于实现。但是其主要缺点是人必须能够接近目标才能放置标尺，不适合远距离定标及测量——如果检测人员有办法接近目标放置标尺，即可直接使用接触式裂缝测宽仪及米尺测量裂缝的宽度与长度，根本无需再去进行定标→测量→换算等一系列繁琐的工作。
技术实现思路
【要解决的技术问题(专利技术目的)】本专利技术为了解决远距离测量的定标的问题，提供一种远距离检测非接触式定标方法及实现。【技术方案】远距离检测定标仪由同平面内两支夹角α很小的激光笔、一个激光测距仪与两个角度传感器(一个水平面内的转角传感器、一个铅垂面内的俯仰角传感器)组成。由激光笔射出的两束激光，在与观测方向垂直的目标平面上形成两个光斑，其中心距离d与测距仪测得的到目标平面的距离S1(由激光测距仪直接测得)之间存在着线性关系[2](如图1所示)： d = 2 t a n ( α 2 ) · ( S 1 + S 0 ) - - - ( 1 ) ]]>上式中，S0为两支激光笔反向延长的交点到测距仪测距起点平面的距离，与两支激光笔的夹角α一起作为定标仪的初始参数，由于仪器组装存在偏差，每台仪器均需单独标定，每次维修后或正式检测工作前也需要重新进行标定与校正，以保证检测测量的准确性。 用(1)式计算机出来的结果只是当测距仪正对被测平面时，两个定标激光点之间的距离。通常情况下，测距仪并不总能正对被测面，而是与正对被测面方向存在水平夹角β和垂直夹角θ(分别由水平转角传感器与俯仰角传感器测得)，如图2所示。图中平面OCBD为被测面，AO方向为正对被测面方向，AB长为S(＝S1+S0)，照片上两个激光点间的距离[1]，即图2中线段EF长度即为需要求出的定标长度d。根据图2中三角关系，可以求得： d = h · ( t a n ( γ + α 2 ) - t a n ( γ + α 2 ) ) - - - ( 2 ) ]]>式中： h = S 1 + S 0 1 + tan 2 θ + tan 2 β ]]> γ = tan - 1 tan 2 θ + tan 2 β ]]>定标仪的初始参数α和S0的标定，可采用正对测试平面的方法，测量一组S1和d值，再用最小二乘法对测得数据进行最佳直线拟合[2]，这里推荐利用Excel中LINEST函数，可以很快得到所需的参数[3]。如有定标仪初始测试数据见表1：表1实测S1-d标定数据(单位：米)S1d d/2 6.128 0.35 0.175 8.672 0.485 0.2425 10.893 0.605 0.3025 13.269 0.725 0.3625 15.793 0.865 0.4325 18.079 0.985 0.4925 19.762 1.07 0.535 21.822 1.18 0.59 则用LINEST函数可以得到表2：表2 LINEST函数部分结果k＝0.0264458186 b＝0.01332779 r＝0.999940564 由r值可以看出，d-S1线性相关性还是比较好的，这就为高精度的远距离定标奠定了基础。可得： S0＝b/k＝0.5039659α＝2·Atan(k)＝0.0528793此二值即为该仪器的初始化参数，代入(2)式，结合拍照实时保存的S1、β和θ，即可计算出d值，再测得对应图像上两光点中心之间的像素数n，即可得到该图片的定标值f＝d/n，其单位为：米/像素(m/Pix)，从而实现远距离定标。【有益效果】与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：为远距离定量检测定标提供了一种可行的解决方案，给出了详细的论证与推导，得到实用的定标公式。硬件实施可按图3虚框所示制作独立设备，但多数情况下是根据具体需求将其应用在特定检测仪器上。一般与图像采集设备一起，结合专用软件，在电脑控制下完成拍照、参数(距离、角度等)记录、自动定标及后续测量、数据分析等工作。图4即是将本专利技术应用在一款远距离桥梁外观检测仪上，弥补了传统桥检存在的不足，能够很好地解决人工桥检或利用桥检车进行桥检在人员安全、适检桥型、对交通与环境的影响等诸多问题，能够快速、准确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远距离检测定标仪，其特征是，该定标仪由两支激光笔、一个激光测距仪与两个角度传感器(一个水平面内的转角传感器、一个铅垂面内的俯仰角传感器)组成。两支激光必须位于同一平面内，固定在远距离检测设备上面，并保证有一个很小的夹角；激光测距仪可置于检测设备侧面，测距时射出的光线应与激光笔所在平面及检测设备镜头的主光轴平行；俯仰角传感器安装在检测设备中；水平转角传感器则安装在设备支架上。

【技术特征摘要】
1.一种远距离检测定标仪，其特征是，该定标仪由两支激光笔、一个激光测距仪与两个角度传感器(一个水平面内的转角传感器、一个铅垂面内的俯仰角传感器)组成。两支激光必须位于同一平面内，固定在远距离检测设备上面，并保证有一个很小的夹角；激光测距仪可置于检测设备侧面，测距时射出的光线应与激光笔所在平面及检测设备镜头的主光轴平行；俯仰角传感器安装在检测设备中；水平转角传感器则安装在设备支架上。2.根据权利要求1所述的远距离检测定标仪，其特征是，所述的定标仪一般用在远距离检测设备上，该设备还包括单片机主控单元、光学成像单元、视频图像接口和数字信息控制接口。主控单元控制激光笔、测距仪、角度传感器等协同工作，由激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：马战宝，常军林，周正，吴芬芬，田跃欣，虎秀云，马寅璞，
申请(专利权)人：河南交通职业技术学院，马战宝，
类型：发明
国别省市：河南;41