[发明专利]使用数码摄像头的非接触式测距装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像测量技术，尤其是一种利用微型摄像头非接触式测距装置及测量方法。

背景技术

随着现代实验技术的发展，人们对高精度、使用简便且价格低廉的小型化测距装置的需求不断提高。目前的测距系统按测量方法可分为接触式和非接触式两种，接触式测量是较为成熟的测量方法，具有较高的精度同时易于实现小型化。但是由于测量方法本身的原因不可避免的对被测物体附近物理条件产生影响，因此，在有些要求较严格的实验条件下无法使用；而目前非接触式测量系统多用激光或者超声波作为测量媒介，虽然克服了接触式测量的影响被测物体周围物理环境的不足，但是由于激光发生器和超声波发生器较为昂贵以及两种发生器的小型化困难限制了其广泛使用。

随着CCD和CMOS光电成像芯片的发展，数码摄像头向小型化，高分辨率方向发展迅速。与激光发生器和超声波发生器相比，数码摄像头体积更小，价格便宜，且使用方便，对环境适应能力强，因而将其用于非接触测距系统应用前景广阔。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为了解决现有非接触测距系统价格昂贵，体积较大的缺点，本发明提供了一种使用数码摄像头的非接触式测距装置及测量方法，具有测量装置小，扩展性能好，操作简便，安装和调试简单，成本低的优点。

为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种使用数码摄像头的非接触距离测量装置，包括数码摄像头与计算机，所述数码摄像头与计算机内的视频采集卡相连接。

使用所述使用数码摄像头的非接触距离测量装置的测量方法包括下述步骤：

1）、在被测物体垂直于数码摄像头光轴的表面标记出圆形参考标记；

2）、操作数码摄像头在已知距离垂直拍摄一帧圆形参考标记的图像，以位图方式保存，作为参考帧；根据具体数码摄像头的参数指标选择位图帧的大小M×N，其中M、N∈正整数；

3）、重复步骤2），在摄数码像头与被测物体表面已知距离下拍摄获得参考帧；根据已有参考帧中圆形参考标记最大直径所跨过像素个数与拍摄距离之间的对应关系，通过最小二乘法拟合出参考帧中圆形参考标记所覆盖的像素个数同被测物体的距离之间的关系公式，完成测量装置的校准。

4）、实际测量中，计算数码摄像头拍摄的位图帧中圆形参考标记所覆盖的像素点个数，代入像素个数同被测物体的距离之间的关系公式，获得数码摄像头与被测物体间实际距离。

本发明的有益效果是，它是一种采用数码摄像头作为传感器实现无接触测量距离的新方法和装置，充分发挥了数码摄像头的光电传感器阵列的功效，具有测量装置小，扩展性能好，操作简便，安装和调试简单，成本低的优点。

附图说明

图1是本发明非接触式测距装置的组成图。

图2是本发明实施例中被测量装置的侧视示意图。

图3是本发明实施例中被测量装置的俯视示意图。

具体实施方式

图1是本发明测距装置组成图。其中微型数码摄像头3对准被测量的物体5，两者的距离处于微型数码摄像头3有效光学透镜聚焦成像范围以内。所述微型摄像头3由光学透镜，光电传感器芯片和视频采集卡接口组成，通过其配置的接口与多路视频采集卡2相连，视频采集卡2同普通计算机系统1相连，，该计算机系统1还配置有CPU、内存、显示卡与显示器、硬盘、键盘和鼠标、操作系统，采集卡驱动程序以及专门编写的摄像头拍摄及数字图像处理程序。

使用数码摄像头测量距离的步骤包括：

一、多路视频采集卡2连接计算机系统1和数码摄像头3，运行随采集卡2配售的采集卡驱动程序。

二、保持测量工作环境内照明条件良好且变化不影响摄像头对被测物体5表面圆形参考4的识别。

三、摄像头对准被测物体，聚焦调节好摄像头，使得成像清晰。

四、运行摄像头拍摄及数字图像处理程序，校准系统。

所述摄像头拍摄及数字图像处理程序采用的方法逐步叙述如下：

1）、在微型数码摄像头3与被测物体5之间距离已知的条件下拍摄一帧被测物体5表面圆形参考4的图像，以位图的格式保存到计算机1的硬盘中。根据数码摄像头3的具体型号选择位图帧的大小M×N，M、N∈正整数，尽可能选择拍摄速度较快的帧率。

2）、由数字图像处理软件确定所拍摄参考位图帧中圆形参考4所覆盖像素个数，获得被测物体5距数码摄像头3的距离与圆形参考4在参考位图中覆盖像素个数之间的一组数据。