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

1、目前實現(xiàn)距離測量、空間描述和搜索的傳統(tǒng)方式在新的應用場合中存在不同的缺點，例如，地震后傾斜危險的建筑物內部、礦坑、地下洞穴等無光照、無GPS信號的環(huán)境中，無法使用激光等獲取內部詳細信息。這些特殊環(huán)境下常規(guī)測量方法無法滿足，諸如應急搜索、設備快速布置、現(xiàn)場調試、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需要獲取顏色、紋理等細節(jié)信息來了解極端環(huán)境內部情況。所以，搜索設備的發(fā)展趨勢會朝著視覺化和多用途化等方向發(fā)展。
　　基

2、于激光、聲學傳感器和集成傳感器測距的方式，大多可以實現(xiàn)高精度的測距，但是由于本身缺點，無法提供顏色紋理等信息，而且越精確的設備的售價越昂貴，不適合大規(guī)模的使用和更多應用場合的推廣。因此，本文提出了一種利用改良聚光燈實現(xiàn)測距和測角的方法。該方法根據(jù)所應用的環(huán)境中缺少光照的特點，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系。配合點云圖，可以實現(xiàn)空間的輪廓獲取和圖像的獲取。
　　傳統(tǒng)測量方式存在諸多缺點，普通的LED聚光燈存在諸多的問題，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)境測量的改良方式來滿足特殊環(huán)境要求。主要研究內容和結果如下:
　　(1)在廣泛閱讀國內外文獻的基礎上，總結目前常用的測量介質及測量方式，包括紅外激光、超聲波、單色可見光等，以及他們各

4、自的適用環(huán)境。對現(xiàn)有的幾種常見的測距方式進行了比較，重點介紹了可視激光、紅外和光電筆等測量介質的主要應用、適用場合和自己的缺陷。分析災害現(xiàn)場和地下洞穴等搜索環(huán)境中的基本特點，缺少光照，搜索需要更加細致信息，需要獲取圖片信息，拍攝傳輸視頻等應用依賴穩(wěn)定的光照等特點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)改良光斑在結構光方面存在的測量特性，提出利用改良聚光燈實現(xiàn)距離測量的方案。搭建硬件測量設備和測量模型，控制光照條

5、件，實現(xiàn)圖像的采集、降噪、濾波、分割、邊緣獲取，提取測量中心點，計算三角測距模型。分析影響聚光燈測距精度的因素，與激光在相同的情況下比較精度，驗證本設計的可用性。驗證光照改變是否會影響聚光燈測距的精度。
　　(3)驗證聚光燈在多種已知三角測距模型下的測距有效性和準確性，建立面積測距模型，提出利用光斑在距離上的不斷變化作為測距的依據(jù)，并且推導數(shù)學模型，建立對應的采集系統(tǒng)。采集數(shù)據(jù)，擬合數(shù)據(jù)，驗證面積-距離測量模型的可用性。比較幾種測