低照度環(huán)境下利用聚光燈實(shí)現(xiàn)測(cè)距及空間信息的獲取.pdf

1、目前實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量、空間描述和搜索的傳統(tǒng)方式在新的應(yīng)用場(chǎng)合中存在不同的缺點(diǎn)，例如，地震后傾斜危險(xiǎn)的建筑物內(nèi)部、礦坑、地下洞穴等無(wú)光照、無(wú)GPS信號(hào)的環(huán)境中，無(wú)法使用激光等獲取內(nèi)部詳細(xì)信息。這些特殊環(huán)境下常規(guī)測(cè)量方法無(wú)法滿足，諸如應(yīng)急搜索、設(shè)備快速布置、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、盡量少的電池消耗等。除了距離信息之外，快速搜索等救援任務(wù)需要獲取顏色、紋理等細(xì)節(jié)信息來(lái)了解極端環(huán)境內(nèi)部情況。所以，搜索設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)朝著視覺(jué)化和多用途化等方向發(fā)展。
　　基

2、于激光、聲學(xué)傳感器和集成傳感器測(cè)距的方式，大多可以實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)距，但是由于本身缺點(diǎn)，無(wú)法提供顏色紋理等信息，而且越精確的設(shè)備的售價(jià)越昂貴，不適合大規(guī)模的使用和更多應(yīng)用場(chǎng)合的推廣。因此，本文提出了一種利用改良聚光燈實(shí)現(xiàn)測(cè)距和測(cè)角的方法。該方法根據(jù)所應(yīng)用的環(huán)境中缺少光照的特點(diǎn)，使用透鏡和反光罩改良LED聚光燈，使其產(chǎn)生邊緣效果好的照明光斑。均勻的光斑為攝像頭提供采集圖像所必須的均勻光源。攝像頭可以捕捉到受距離和平面趨勢(shì)影響而變化的照明光斑

3、，判斷觀察者和平面的距離和角度關(guān)系。配合點(diǎn)云圖，可以實(shí)現(xiàn)空間的輪廓獲取和圖像的獲取。
　　傳統(tǒng)測(cè)量方式存在諸多缺點(diǎn)，普通的LED聚光燈存在諸多的問(wèn)題，不能為攝像頭提供良好的均勻光源，不適合用于空間信息的獲取，所以本文提出一種滿足均勻拍照光源和暗環(huán)境測(cè)量的改良方式來(lái)滿足特殊環(huán)境要求。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)在廣泛閱讀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)目前常用的測(cè)量介質(zhì)及測(cè)量方式，包括紅外激光、超聲波、單色可見(jiàn)光等，以及他們各

4、自的適用環(huán)境。對(duì)現(xiàn)有的幾種常見(jiàn)的測(cè)距方式進(jìn)行了比較，重點(diǎn)介紹了可視激光、紅外和光電筆等測(cè)量介質(zhì)的主要應(yīng)用、適用場(chǎng)合和自己的缺陷。分析災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)和地下洞穴等搜索環(huán)境中的基本特點(diǎn)，缺少光照，搜索需要更加細(xì)致信息，需要獲取圖片信息，拍攝傳輸視頻等應(yīng)用依賴(lài)穩(wěn)定的光照等特點(diǎn)提出了本課題的解決方法以及本課題的研究意義。
　　(2)根據(jù)改良光斑在結(jié)構(gòu)光方面存在的測(cè)量特性，提出利用改良聚光燈實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量的方案。搭建硬件測(cè)量設(shè)備和測(cè)量模型，控制光照條

5、件，實(shí)現(xiàn)圖像的采集、降噪、濾波、分割、邊緣獲取，提取測(cè)量中心點(diǎn)，計(jì)算三角測(cè)距模型。分析影響聚光燈測(cè)距精度的因素，與激光在相同的情況下比較精度，驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的可用性。驗(yàn)證光照改變是否會(huì)影響聚光燈測(cè)距的精度。
　　(3)驗(yàn)證聚光燈在多種已知三角測(cè)距模型下的測(cè)距有效性和準(zhǔn)確性，建立面積測(cè)距模型，提出利用光斑在距離上的不斷變化作為測(cè)距的依據(jù)，并且推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型，建立對(duì)應(yīng)的采集系統(tǒng)。采集數(shù)據(jù)，擬合數(shù)據(jù)，驗(yàn)證面積-距離測(cè)量模型的可用性。比較幾種測(cè)