本發(fā)明涉及立體攝影測量學(xué)，涉及圖像分析，尤指一種基于光電開關(guān)的激光測距空間成像的方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)三維建模通常使用3dsmax、autocad等建模軟件，基于影像數(shù)據(jù)、cad平面圖或者拍攝圖片估算建筑物輪廓與高度等信息進(jìn)行人工建模，這種方式制作出的模型數(shù)據(jù)精度較低、需要大量的人工參與、數(shù)據(jù)制作周期較長；傾斜攝影需要拍攝大量平面照片，利用后臺軟件進(jìn)行超大量分析處理，精度和速度有所提高，但由于采集的平面照片數(shù)據(jù)與實際場景失真很大，現(xiàn)場還原度對計算軟件處理方法依賴巨大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光電開關(guān)的激光測距空間成像的方法。直接采集物體的顏色和空間位置，直接形成實際現(xiàn)場的三維精確數(shù)據(jù)，不借助復(fù)雜處理的后臺計算軟件、全過程實現(xiàn)自動化、周期短、工作量小。在圖像上可直接得到任意兩點的空間距離和空間角度信息，且形成的圖像(模型)可直接放入“googleearth”中。

向量激光儀是一種基于光電開關(guān)的激光測距攝像儀，通過對物體直接拍照，測出物體上各點(相對于向量激光儀焦點)的三維空間位置而直接形成三維立體圖。本申請人對此一儀器與本申請同日申請了中國實用新型專利《一種向量激光儀系統(tǒng)》

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種基于向量激光儀立體成像的方法，其特征在于包括如下步驟：

s1、明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)；

s2、對向量激光儀選用合適的拍攝模式；

s3、現(xiàn)場布點；

s4、向量激光儀參考點和觀測點設(shè)置坐標(biāo)；

s5、向量激光儀各點進(jìn)行全角度拍攝；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，成像。

說明：

關(guān)于拍攝模式，根據(jù)拍攝點和角度可分為：單點單角度拍攝、聯(lián)合拍攝(多點定角度)、逐點拍攝或軌跡模式(多點定角度)、錄像模式(單點單角度連續(xù)拍攝)、感知模式(多點多角度)無種。

關(guān)于現(xiàn)場布點:考慮布點個數(shù)和布點距離兩方面，最基本的布點是對角布點(2點立方體或棱柱體、4點立方體或棱柱體、6面立方體或棱柱體)。

關(guān)于參考點坐標(biāo)設(shè)置：向量激光儀按“設(shè)置為參考點”按鈕，自動設(shè)置該點坐標(biāo)(接收gps定位信息或置為0)。

向量激光儀觀測點坐標(biāo)設(shè)置：有g(shù)ps差分定位法、內(nèi)部(位移感知器)感知法、畫中取基準(zhǔn)點三種方式，其中g(shù)ps定位精度尚可且成像后可直接放入地圖數(shù)據(jù)(googleearth)中，內(nèi)部感知法精度不高在探險、隧道、海底、野外等接受不到gps地方專用，畫中取點精度最高、在聯(lián)合拍攝中用的較多。

向量激光儀全角度拍攝：合理選擇觀測點上水平和垂直拍照張數(shù)，將該物體落在該觀測點的部分全部覆蓋。

向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍：在向量激光儀(或電腦)上瀏覽成像數(shù)據(jù)圖，對圖中缺失部分或不清楚部分專門靠近拍攝。

本發(fā)明的有益效果是：直接采集現(xiàn)實世界的三維坐標(biāo)和顏色信息，可直接用于3d建模，3d打印、方位、距離測量等。全過程實現(xiàn)自動化、周期短、工作量小。在圖像上可直接得到任意兩點的空間距離和空間角度信息，且形成的圖像(模型)可直接放入“googleearth”中。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

圖1是物體6面布點法示意圖。

圖2是布點及視角示意圖。

圖3是2點法拼接舞臺示意圖。

圖4是六邊形舞臺布點示意圖。

圖5是房間布點俯視示意圖。

圖6是航拍網(wǎng)格(對角)布點俯視示意圖。

圖7是航拍012、023、s12,23正視示意圖。

圖8是車載攝像頭布點正視示意圖。

圖9是車載攝像頭布點俯視示意圖。

圖10是探險立體成像感知模式(軟)布點圖。

圖11是錄像模式判斷地面和行走圖。

圖12是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方框圖。

圖13是基于納米激光發(fā)射陣列向量激光攝像頭原理示意圖。

圖14是基于光開關(guān)向量激光攝像頭原理示意圖。

圖中：1為mpu控制器、2為向量激光攝像頭、3為普通攝像頭、4為角度感知器、5為位置感知器、6為存儲芯片、7為屏幕、8為麥克風(fēng)、9為揚(yáng)聲器、10為外部接口、11為步進(jìn)電機(jī)。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)上步的描述。

實施例一：人物寫真

1.1個體寫真

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)；

成像要求：主分辨精度1mm，動態(tài)捕捉人物瞬間；

現(xiàn)場尺寸：人物最大長寬高為0.5m、0.2m、2.2m；

向量激光儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/4000rad，視角水平、垂直均為90°；

觀測點坐標(biāo)定位方式：本實施例用畫中基準(zhǔn)點方式；

s2：選用合適的拍攝模式；

向量激光儀采取聯(lián)合成像模式：在各觀測點均布置一臺攝像機(jī)，且各攝像機(jī)由一臺電腦控制；

s3:現(xiàn)場布點；

布點可以隨意控制，只要滿足對象全覆蓋、精度要求即可；最全面的布點是6面立方體法，即上下前后左右都布點，見圖1；

本實施例采取2點立方體法(簡化的對角布點)，視角布置成正方形，邊長為2.3m，見圖2；滿足對景物(人)全覆蓋，且離攝像機(jī)最遠(yuǎn)點(1與2之間)精度為滿足拍攝要求；

δs＝k×l(1)

其中δs為成像主誤差、k為向量激光儀最小分辨角度、l為該點到攝像機(jī)的具體；s4、設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)；

參考點坐標(biāo)：在計算機(jī)畫面中，選定向量激光儀1并按“設(shè)為參考點”按鈕；

觀測點：步驟1：將桿頭帶有標(biāo)記(足夠清晰、直徑5mm的圓球)的立桿置于圖2“立方體”(有效成像區(qū)域)中；

步驟2：在計算機(jī)畫面中按“同時拍設(shè)”按鈕(相當(dāng)于所有向量激光儀同時按“拍攝”)；

步驟3：選取向量激光儀1照片中標(biāo)記點(圓球)按“圖中基準(zhǔn)點”按鈕，則照片1中自動計算基準(zhǔn)點坐標(biāo)、同時自動計算圖片2中攝像機(jī)2坐標(biāo)；

步驟4：取走立桿；

s5、向量激光儀各點進(jìn)行全角度拍攝；

人進(jìn)入有效成像區(qū)域(“立方體”)，在計算機(jī)上按“聯(lián)合拍照”按鈕(相當(dāng)于所有向量激光儀同時拍攝)；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍。

在計算機(jī)上按“照片瀏覽”按鈕，人物立體寫真圖，可計算各部件尺寸大小、相對位置等。

1.2舞臺寫真

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)；

成像要求：主分辨精度2mm，連續(xù)動態(tài)捕捉人物動作；

現(xiàn)場尺寸：舞臺長寬高為15m、15mm、5m；

向量激光儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平、垂直均為90°；

觀測點坐標(biāo)定位方式：畫中基準(zhǔn)點；

s2：向量激光儀選用合適的拍攝模式；

向量激光儀采取聯(lián)合成像模式；

s3:現(xiàn)場布點

采用2點立方體拼接成大舞臺；采取3×3×1的邊長為5.5m“立方體”(最遠(yuǎn)點主精度1/5000×5.5×1.732＝1.9mm)拼接的舞臺，見圖3邊上點o11、o21布置在“立方體”下頂點，o21、o22布置在“立方體”上頂點，取“立方體”s1、s2重疊(即圖中陰影部分)寬度0.2m，舞臺長寬尺寸為5.5+5.3+5.3＝16.1m、高度5.5m，滿足要求；

當(dāng)然，為了得到更全面角度覆蓋，可以在每個“立方體”另一對頂點增加兩臺攝像機(jī)構(gòu)成“4點立方體“法；此時需要的攝像機(jī)共9×4＝36臺；

s4、向量激光儀設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)

參考點坐標(biāo)：在計算機(jī)畫面中，選定向量激光儀o11并按“設(shè)為參考點”按鈕；

觀測點：步驟1：將桿頭帶有標(biāo)記(足夠清晰、直徑5mm的圓球)的立桿置于圖3中s1、s2、s3、s4重疊區(qū)(陰影)；

步驟2：在計算機(jī)畫面中選o11、o12、o21、o22、o31、o32、o41、o42向量激光儀按“聯(lián)合拍設(shè)”按鈕；

步驟3：選取向量激光儀o11拍攝照片中標(biāo)記點(圓球)按“圖中基準(zhǔn)點”按鈕，則其他觀測點(o12-o42)坐標(biāo)(依據(jù)已知坐標(biāo)點o11和圖中基準(zhǔn)點)和自動計算出來；

步驟4：將立桿移至其下一個重疊區(qū)(已知觀測點和未知觀測點)、重復(fù)步驟2、步驟3，直至所有觀測點坐標(biāo)已設(shè)置；

步驟5：取走立桿；

s5、向量激光儀各點進(jìn)行全角度拍攝；

人進(jìn)入有效成像區(qū)域(“立方體”)，在計算機(jī)上按“聯(lián)合錄像”按鈕；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在計算機(jī)上按“錄像回放”按鈕，查看“聯(lián)合拍照模式下”的舞臺立體動作連續(xù)寫真圖，計算各部件尺寸、相對位置等。

1.3圓形舞臺

s1、s2、s5、s6與舞臺寫真相同，僅對s3布點和s4坐標(biāo)設(shè)置做出說明；

s3：布點；選用水平、垂直視角120°、90，最小分辨角度1/5000的6臺向量激光儀，按圖4所示布置構(gòu)成六邊形舞臺；

取六邊形邊長6.8米，“2點法“水平距離7m(對角距離7×√2＝9.8m)，構(gòu)成的舞臺尺寸直徑為12.6m、高度為7m，成像主誤差1.96mm；

s4：向量激光儀設(shè)置觀測點坐標(biāo)；將立桿置于中心三角型內(nèi)部(即6臺攝像機(jī)的重疊區(qū)域)，用”圖中基準(zhǔn)點“方式設(shè)置觀測點坐標(biāo)；

與矩形布置方式，本實施例效率高出200％。

實施例二：立體取景

1.1單個場景

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光儀參數(shù)

成像要求：主分辨精度1mm，全面攝取周圍(靜態(tài))景物；

現(xiàn)場尺寸：1間普通房間三維尺寸為4m、6m、9m；

向量激光儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平、垂直均為120°；

向量激光儀觀測點坐標(biāo)定位方式：內(nèi)部感知方式(參考點設(shè)在屋外一顯著標(biāo)志如沉降觀測點)；

s2：向量激光儀選用合適的拍攝模式

向量激光儀逐點模式：在第1個觀測點拍攝，拍完轉(zhuǎn)至下一觀測點拍攝，直至所有觀測點拍完；

s3:現(xiàn)場布點

布點可以隨意控制，只要滿足對象全覆蓋、精度要求即可；本實施例在房間沿長度方向布2點、高度為1.5m如圖5，成像最遠(yuǎn)點誤差按公式(1)為滿足要求；

s4、向量激光儀設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)；

參考點坐標(biāo)：將向量激光儀放置在參考點上按“設(shè)為參考點”按鈕；

觀測點：將向量激光儀移至觀測點，內(nèi)置的位置感知器自動顯示改點坐標(biāo)；

s5、向量激光儀各點進(jìn)行全角度拍攝；

將向量激光儀移至o2點，水平方向依次拍攝3張(360度方向全覆蓋)如圖5，垂直方向依次拍攝3張；

將向量激光儀移至其他布點，同樣按水平、垂直掃過360度拍照6張；

s6、向量激光儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在向量激光儀上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點拍攝后合成立體房間立體圖，可計算各部件尺寸大小、相對位置等；

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，將向量激光儀移近細(xì)節(jié)部位按“拍攝”。

1.2多個場景

對于多個房間取景s1、s2、s4、s5、s6均相同，僅僅s3中布點個數(shù)增多(原則不變，滿足精度和全覆蓋要求)；

1.3大場景

大場景指一個小區(qū)、一個城市、甚至一座山脈，其布點和成像見航拍和車載成像。實施例三：工程測量

1.1微小距離測量

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、儀器參數(shù)；

成像要求：主分辨精度0.01mm～2mm等；

現(xiàn)場尺寸：機(jī)械設(shè)備齒輪端面0.05mm塞尺檢查不應(yīng)塞入，墊鐵安裝時墊鐵不得小于2mm；

儀器參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平、垂直均為90°；s2：儀器選用合適的拍攝模式；

儀器單點單角度模式；

s3:現(xiàn)場布點；

正面對準(zhǔn)物體(縫隙、墊鐵或其他微小待測物)，距離在5cm以內(nèi)(即可滿足精度要求)；

s4、設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)；

無；

s5、儀器各點進(jìn)行全角度拍攝；

按“拍攝”按鈕；

s6、儀器圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在儀器上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點拍攝后合成大型設(shè)備立體圖，可計算各部件尺寸大小、相對位置等；

不用細(xì)節(jié)補(bǔ)拍。

實施例四：航拍與車載成像

實施例五：航拍與車載成像

對于大場景(建筑全、城市、山脈等)立體成像，主要是航拍和車載移動拍攝。航拍主要負(fù)責(zé)場景頂部精細(xì)成像、車載主要負(fù)責(zé)場景側(cè)面精細(xì)成像。對于航拍和車載都無法涉及的區(qū)域(死角、物體內(nèi)部)，可用手持式拍攝(見實施例二)。

1.1航拍

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光成像儀參數(shù)；

成像要求：物體地面主分辨精度5cm；

現(xiàn)場尺寸：一城市區(qū)域面積10km×10km，最大高度100m；

向量激光成像儀參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度；1/8000rad，視角水平(左右方向)、垂直(前進(jìn)方向)120°；

觀測點坐標(biāo)定位方式：gps差分定位方式(參考點gps設(shè)在一標(biāo)示建筑上)；

s2：向量激光成像儀選用合適的拍攝模式；

向量激光成像儀軌跡模式(逐點模式)：沿著設(shè)計的固定軌跡均勻連續(xù)拍攝；

s3:現(xiàn)場布點；

通過設(shè)計航線高度和寬度，使連續(xù)拍攝成像滿足基本要求和最優(yōu)化要求；

基本要求：成像區(qū)全覆蓋、地面主精度要求,見公式3；

最優(yōu)化要求：布點距離設(shè)備盡可能近(精度更高)，布點個數(shù)盡可能少(效率更高)，見公式2；

min(li，ns)(2)

li表示第sⁱ區(qū)域航線離地面距離，ns表按照方案s航線條數(shù)；si^{(1，2，3，4，5)}表示在向量激光成像儀視角θ120°、航線高度hi、航線間距di情況下能拍攝對第sⁱ區(qū)域上前后左右成像重疊區(qū)；di表示第i觀測點在向量激光成像儀分辨率距離設(shè)備li、航線間距di情況下的主誤差，為成像允許誤差δ；

本實施例在空中采取網(wǎng)格(2點對角)布點法見圖6，網(wǎng)格間距230m，高度232.7m(無人機(jī)飛行高度232.7m，航線間距230m，向量激光成像儀沿航線前進(jìn)2×230m拍攝一次，拍攝點數(shù)為個，最遠(yuǎn)點400m(主精度5cm)；

以成像區(qū)域s12,23分析，驗證布點的可行性和最優(yōu)性；

可行性：在o12能覆蓋s12,23上側(cè)、左側(cè)和后側(cè)，在o23能覆蓋s12,23上側(cè)、前側(cè)和右側(cè)，全覆蓋滿足要求；o12(o23)最遠(yuǎn)點為o23(o12)位置地面點，對角線長度399.9m，主精度滿足要求；

最優(yōu)性：本實施例選取減少拍攝點(保證精度5cm的要求下、盡可能增大航線間距)，o12、o23、s12,23正視圖見圖7，最優(yōu)化方程見公式(4)；

解得d＝230m、h＝232.7m，即為本實施例最優(yōu)布點；

s4、向量激光成像儀設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)；

參考點坐標(biāo)：將差分gps向量激光成像儀放置在參考點上按“設(shè)為參考點”按鈕；

觀測點：拍照的瞬間，內(nèi)置的gps位置感知器自動獲取參考點gps發(fā)送的該觀測點坐標(biāo)；

s5、向量激光成像儀各點進(jìn)行全角度拍攝；

向量激光成像儀固定在無人機(jī)上(正對地面)，按照航線布點自動拍攝(水平前后掃過60°、每行進(jìn)2×230米自動拍攝一次)；

s6、向量激光成像儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在向量激光成像儀上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點拍攝后合成立體房間立體圖，可計算各部件尺寸大小、相對位置等；

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，重新設(shè)計飛行路線或(登頂)手持拍攝；

1.2車載

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、向量激光成像儀參數(shù)；

成像要求：物體主分辨精度5cm；

現(xiàn)場尺寸：某條道路單側(cè)寬度20m，建筑物最大高度100m，長度1000m；

向量激光成像儀參數(shù)：側(cè)面向量激光成像儀最小分辨角度1/5000rad，視角水平120°、垂直180°；

觀測點坐標(biāo)定位方式：gps差分定位方式(參考點gps設(shè)在道路起點)；

s2：向量激光成像儀選用合適的拍攝模式；

向量激光成像儀軌跡模式：沿著設(shè)計的固定軌跡均勻連續(xù)拍攝；

s3:現(xiàn)場布點；

航線按道路設(shè)置，控制行進(jìn)距離使成像滿足全覆蓋要求；

本實施例在汽車兩側(cè)各布置高度1m的廣角攝像頭，圖8、圖9；

驗證覆蓋性和精度；兩攝像頭垂直方向180°，道路兩旁任意高建筑均能覆蓋；水平攝像頭后視角30°、控制拍射行進(jìn)距離(前后兩次拍攝距離o1’o)o1’o＝20×tan30°＝11.578m可保證水平上任一面均可被前后覆蓋；最遠(yuǎn)點主精度為

s4、向量激光成像儀設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)；

參考點坐標(biāo)：將差分gps向量激光成像儀放置在參考點上按“設(shè)為參考點”按鈕；

觀測點：內(nèi)置的gps位置感知器自動獲取參考點gps發(fā)送的向量激光成像儀坐標(biāo)；s5、向量激光成像儀各點進(jìn)行全角度拍攝；

沿道路每前進(jìn)11.57m拍攝一次(兩攝像向量激光成像儀左右拍攝)；

s6、向量激光成像儀圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍；

在向量激光成像儀上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點拍攝后合成立體房間立體圖，可計算各部件尺寸大小、相對位置等；

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，返回或行至該部位補(bǔ)拍或手持拍攝。

1.3手持

手持式拍攝最為靈活且能無限靠近物體，是細(xì)節(jié)補(bǔ)拍的主要方式，參看實施例二；另外對于小范圍(如一個變電站)成像，可按照網(wǎng)格(航線)布點方式，在每個觀測點水平、垂直掃過360全方位成像，其精度可控制在1mm以下；

總結(jié)：降低航拍高度可提高成像精度、增加航拍高度可增大單次成像面積(減少布點)、主要拍攝頂面，車載拍攝必須沿道路進(jìn)行且主要拍攝兩側(cè)，手持式靈活、精度高能進(jìn)入物體內(nèi)部拍攝、但僅限于小范圍(500m×500m)移動成像。

實施例六：地下、隧道、海底、外太空探險

地下、隧道、海底、外太空等結(jié)構(gòu)、尺寸情況模糊，科學(xué)家認(rèn)為地球下有幾千公里長的隧道與地表連接、但無人證實?？梢詫⑾蛄考す鈨x裝在機(jī)器人身上按照設(shè)計路線探測并沿路拍攝立體圖像，探索未知世界。

地下、隧道、海底、外太空不能接收到gps信號，采用立桿定位更不方便，只能采取內(nèi)置感知定位觀測點坐標(biāo)。

由于物體不明，不能像前面幾種情況一樣通過研究現(xiàn)場情況確定最優(yōu)布點方案，可以說本實施例的“布點”已不是真實現(xiàn)場布點(硬布點)、而是一種設(shè)置在計算芯片中軟件布點(軟布點)。

1.1探險

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、儀器參數(shù)

成像要求：物體地面主分辨精度2.5cm

現(xiàn)場尺寸：未知

儀器參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/4000rad，視角水平(左右方向)、垂直(前進(jìn)方向)120°。

觀測點坐標(biāo)定位方式：內(nèi)部感知。

s2：選用合適的儀器拍攝模式

儀器感知模式：沒有一定的軌跡，通過軟件設(shè)置每深入xm(如100m)或移動xm或拐點處便停下并進(jìn)行全方位360°掃描。見圖10

s3:現(xiàn)場布點

無

s4、儀器設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)

參考點坐標(biāo)：在拍攝開始處，按儀器上“設(shè)為參考點”按鈕。

觀測點：儀器移動時，內(nèi)部位移感知器自動計算該點坐標(biāo)。

s5、儀器各點進(jìn)行全角度拍攝

儀器在觀測點上水平、垂直360°全角度拍攝(6張照片)。

s6、儀器圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍

在儀器上按“照片瀏覽”按鈕，查看各觀測點拍攝后合成立體房間立體圖，可計算各部件尺寸大小、相對位置等。

細(xì)節(jié)補(bǔ)拍，重新設(shè)計行走路線或拍攝模式。

實施例七：機(jī)器人

在機(jī)器人上安裝向量激光向量激光儀，可以讓機(jī)器人如同人一樣獲得精確的四周環(huán)境空間信息。本實施例介紹攝像頭在幫助機(jī)器人判斷地面、行走和取物方面的應(yīng)用。1.1判斷地面

s1：明確成像要求、現(xiàn)場尺寸、儀器參數(shù)

成像要求：物體地面主分辨精度1cm。

現(xiàn)場尺寸：所在位置方圓20m區(qū)域。

儀器參數(shù)：向量激光成像儀最小分辨角度1/2000rad，視角水平(左右方向)、垂直(前進(jìn)方向)120°。

s2：儀器選用合適的拍攝模式

錄像模式：每秒10幀(或更高)速率連續(xù)拍攝，僅記錄最近3s圖像、不存盤。見圖11

s3:現(xiàn)場布點

無需布點

s4、設(shè)置參考點和觀測點坐標(biāo)

無需設(shè)定。

s5、儀器各點進(jìn)行全角度拍攝

當(dāng)前點(僅“前方”)連續(xù)錄像。

s6、圖像查看和細(xì)節(jié)補(bǔ)拍

儀器查看地面：機(jī)器人根據(jù)拍攝圖像，識別出z坐標(biāo)在0(已機(jī)器人足部為基準(zhǔn)點)附近連續(xù)變化的點即為“地面”(地面有一定面積時，該方向可行)。

儀器補(bǔ)拍其他地面：如該方向不可行，自動旋轉(zhuǎn)機(jī)器人頭部(攝像頭)探測其他方向(“側(cè)面”或“后方”)地面。

1.2行走

s1、s2、s3、s4、s5與之前相同。僅s6不同，即對圖片數(shù)據(jù)提取方法和結(jié)果不同。

機(jī)器人(向量激光儀)調(diào)取近3秒立體圖片分析。

判斷出行走方向是否有遮擋、或即將有物體遮擋或遮擋物體即將離開。

決定直接前進(jìn)、或跨越(跳上跳下)、或繞道而行、或等待阻礙離開。

1.3取物

s1、s2、s3、s4、s5與之前相同。僅s6不同，即對圖片數(shù)據(jù)提取方法和結(jié)果不同。

機(jī)器人(向量激光儀)調(diào)取近3秒立體圖片分析。

根據(jù)“需求物”顏色、形狀尺寸、材質(zhì)、用途等，在3秒圖片中匹配。

匹配成功則取走此物，或從多件物品中選取一件做進(jìn)一步檢查(如聲音、硬度等)。

匹配不成功則匹配類似物，還不成功則發(fā)送求救信號或放棄本次任務(wù)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種向量激光儀系統(tǒng)，其特征在于：包括有mpu控制器和與之連接的向量激光攝像頭、普通攝像頭、角度感知器、位置感知器和人機(jī)對話裝置，所述mpu控制器，用于主控各設(shè)備協(xié)調(diào)工作，具有開機(jī)啟動指令、設(shè)置參考點指令、讀取傳感器指令、拍照/錄音指令、圖像/音頻回放指令，所述向量激光攝像頭用于測量周圍物體上所有點距離攝像頭的三維距離、所述角度感知器，用于測量裝置本身偏離正方向；所述位置感知器，用于測量裝置本身位置的地理坐標(biāo)。

進(jìn)一步地：

所述人機(jī)對話裝置包括屏幕、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器。

所述mpu控制器連接有存儲芯片，用于存儲配置參數(shù)和采集數(shù)據(jù)。

所述mpu控制器連接有步進(jìn)電機(jī)，用于控制裝置繞水平或垂直方向作轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的有益效果是：通過對物體直接拍照，測出物體上各點三維空間位置而直接形成三維立體圖的激光儀系統(tǒng)。填補(bǔ)市場空缺。

下面結(jié)合附圖12、13、14，對本發(fā)明一種向量激光儀系統(tǒng)作進(jìn)一步的描述。

一種向量激光儀系統(tǒng)，其特征在于：包括有mpu控制器1和與之連接的向量激光攝像頭2、普通攝像頭3、角度感知器4、位置感知器5和人機(jī)對話裝置，所述mpu控制器1，用于主控各設(shè)備協(xié)調(diào)工作，具有開機(jī)啟動指令、設(shè)置參考點指令、讀取傳感器指令、拍照/錄音指令、圖像/音頻回放指令，所述向量激光攝像頭2用于測量周圍物體上所有點距離攝像頭的三維距離(位置向量)、所述角度感知器4，用于測量裝置本身偏離正方向(地球北極、重力方向)；所述位置感知器5，用于測量裝置本身位置的地理坐標(biāo)。

在本發(fā)明的實施例中：

所述人機(jī)對話裝置包括屏幕7、麥克風(fēng)8和揚(yáng)聲器9。

所述mpu控制器1連接有存儲芯片6，用于存儲配置參數(shù)和采集數(shù)據(jù)。

所述mpu控制器1連接有步進(jìn)電機(jī)11，用于控制裝置繞水平或垂直方向作轉(zhuǎn)動。

所述向量激光攝像頭有兩種設(shè)計方式：基于納米激光發(fā)射陣列方式(其原理圖見圖2)和基于光電開關(guān)方式(其原理圖見圖3)。包括1個激光振蕩器、1個光感面(也可n個光感單元)、n個光開關(guān)(n個激光準(zhǔn)直系統(tǒng)可選配置)組成。激光振蕩器產(chǎn)生初級激光，每個光開關(guān)通電時開放，初級激光經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)穿透光感面發(fā)出一定方向的激光，同時光感面感知反射激光時差。

整機(jī)使用過程如下：

開機(jī)：按下開機(jī)鍵，mpu控制器1協(xié)調(diào)各部件完成以下工作。

1)部件自檢：檢查機(jī)器各部件通電和響應(yīng)正常。

2)屏幕點亮：進(jìn)入人機(jī)主界面。

3)傳感器啟動：角度感知器、位置感知器、麥克風(fēng)完成初始設(shè)置。角度感知器以地球磁場北極(x軸)、重力反向(z軸)為初始方向、時刻檢測儀器偏離正方向角度；位置感知器正方向同角度感知器。

4)攝像機(jī)啟動：激光攝像機(jī)、普通攝像機(jī)完成初始設(shè)置。激光攝像機(jī)處于準(zhǔn)備狀態(tài)(如果是三原色成像儀則直接進(jìn)入錄像模式)；普通攝像機(jī)開始采集圖片(錄像模式)，并在屏幕上顯示。

設(shè)置參考點：按下屏幕主菜單中“設(shè)置參考點”按鈕。位置感知器完成以下兩項工作：

1)gps模塊接受衛(wèi)星定位信號，將接受的經(jīng)度x0、緯度y0和高程h0信號寫入?yún)⒖键co0(x0，y0，h0)。

2)將觀測點坐標(biāo)置為oi(0,0,0)。

拍照：按下拍照鍵，mpu控制器1讀取傳感器數(shù)據(jù)，啟動激光攝像機(jī)、普通攝像機(jī)拍照并將數(shù)據(jù)寫入圖形文件。其文件數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容：

1)參考點o0:x0，y0，h0

2)觀測點oi：xi，yi，zi

3)儀器偏角β：βx，βy，βz

4)時差矩陣ωm×n：△t11，△t12，…△t1n

△t21，△t22，…△t2n

…

△tm1，△tm2，…△tmn

5)顏色矩陣sm’×n’：rgb11，rgb12，…rgb1n’

rgb21，rgb22，…rgb2n’

…

rgbm’1，rgbm’2，…rgbm’n’

6)其他信息：儀器分辨率k，視角θ、β，安裝位置激光攝像機(jī)(x1，y1，z1)、普通攝像機(jī)(x2，y2，z2)、角度感知器(x3，y3，z3)、位置感知器(x4，y4，z4)等。

回放：按下“回放”按鈕，屏幕顯示參考點拍攝所有照片“合成”(合成過程見附錄)的三維彩色圖，可自由切換視角或視點(3d游戲效果)。

啟用步進(jìn)電機(jī)：對于定點拍攝，按下“啟用步進(jìn)電機(jī)”按鈕，步進(jìn)電機(jī)帶動攝像機(jī)水平(或垂直)偏轉(zhuǎn)1步、自動拍攝1次，再偏轉(zhuǎn)1補(bǔ)、自動拍攝1次，直至拍完(k/k1)²張，其中k為攝像機(jī)分辨率、k1為步進(jìn)電機(jī)步距(此時圖像分辨率提高k/k1倍)。

所述向量激光攝像頭本申請人同日申請了中國發(fā)明專利《主動成像的激光攝像頭》。