3d全数字信息摄影测量系统的制作方法

专利名称：3d全数字信息摄影测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种3D全数字信息摄影测量系统。
背景技术：
现有航测仪经历了从B8S到“ JX-4全数字摄影测量系统”的进程，人们操作时，通过立体眼镜分眼观测两并排的电脑显示屏上的立体相对航片影像，重现三维地形、地貌，长时间的观测，人的双眼视力容易疲劳，直接影响三维地形成图精度，另外，该系统功能单一，只能适应航空摄影立体相对航片测量，更谈不上直接用裸眼观察景物或三维地形的空间立体成像，不能实现虚拟人在空间与肢体交流和语言互动效果。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种3D全数字信息摄影测量系统，该3D全数字信息摄影测量系统能拍摄并观察三维立体图像，构思巧妙。发明的技术解决方案如下一种3D全数字信息摄影测量系统，包括摄影系统和量测系统；所述的摄影系统包括微机、箱体、阵列式数码摄像头板、放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显不屏；箱体除一个非密封侧面外，其余的五个面均为密封面；放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显示屏均设置在箱体内，光学玻璃圆柱体设置在放大透镜与弧形显示屏之间，放大透镜的外立面为平面，放大透镜的内立面为弧形曲面；放大透镜设置在非密封面处；阵列式数码摄像头板上设有以阵列形式排列的多个摄像头；阵列式数码摄像头板通过活页安装在所述的非密封面的边缘处；拍照时，阵列式数码摄像头板盖住该非密封面并与放大透镜的外立面平行；未拍照时，阵列式数码摄像头板盖在箱体的顶板上或背面板上，此时放大透镜的外立面外露便于人眼观察；弧形显示屏与多个摄像头均与微机相连。光学玻璃圆柱体与放大透镜的内立面之间最短间距为2-8厘米；光学玻璃圆柱体与弧形显示屏之间最短间距为2-8厘米。所述的量测系统为立体相对空间成像量测仪，量测系统设置在箱体的正面。立体相对空间成像量测仪包括工作台、视频放大透镜、2个液晶显示屏、弧形立体镜、回转棱镜组、放大透镜、X手轮、Y手轮、Z脚盘以及2个立体相机相对航片光盘仓；工作台上设有键盘；键盘、2个液晶显示屏、X手轮、Y手轮、Z脚盘以及2个立体相机相对航片光盘仓均与微机连接；弧形立体镜设置在视频放大透镜后方，弧形立体镜弧形立体镜的平面为水银面的正面为圆弧面，弧形立体镜的背面为平面，弧形立体镜圆弧面朝外、往箱体的正前方向外倾斜45°角(即向视频放大透镜方向倾斜)；
回转棱镜组、2片放大透镜和2个平板式显示屏依次设置在倾斜的弧形立体镜下方；放大透镜上设有两个黑色标测点；回转棱镜包括一个人字形平面镜和2片45°平面镜，2片放大透镜分别位于2片45°平面镜的正下方；2个平板式显示屏分别位于2片放大透镜的正下方；2片45°平面镜 的镜面分别于人字形平面镜的2个镜面在同一水平线上相对。2个平板式显示屏发出的光依次经放大透镜、回转棱镜组的45°平面镜、回转棱镜组的人字形平面镜和弧形立体镜，最后从视频放大透镜透射出来，形成量测光路。所述的X手轮、Y手轮、Z脚盘内均设有金属陶瓷角度传感器。本发明采用jx-4全数字摄影测量系统技术，依据立体相对空间成像航测仪技术(专利号2009103029871)，根据光学反射折射定律和视差反射成像观察法设计完成。有益效果本发明的3D全数字信息摄影测量系统，设计了独特的摄影系统和量测系统；可实现拍摄、观察和量测三维图的功能；拍照时，通过摄影系统的阵列式数码摄像头拍摄图像，将拍摄的三维图在弧形显示屏显示，然后人员从放大透镜外侧即可观察放大的立体成像；量测三维图是基于量测系统实现的，量测系统设计了 X手轮、Y手轮、Z脚盘并结合现有的立体相对空间成像量测装置，能便捷的查看三维图像并且基于三维图像进行三维地形量测。本发明的3D全数字信息摄影测量系统，构思巧妙，功能完备，易于实施，是一种结构简单、使用方便、摄影测量效果好，具有多种裸眼立体成像功能的3D全数字信息摄影测量系统仪器。本发明结构紧凑，使用方便，拍摄效果好，成像成图效果好。后期制作简单，适用范围广。


图I为3D全数字信息摄影测量系统的总体结构示意图；图2为3D全数字信息摄影测量系统的总体结构示意图；打开顶盖以及去除放大透镜时的结构图图3为量测系统的结构及光路示意图；图4为摄影系统的放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显示屏的位置关系示意图及光路不意图；图5为放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显示屏的俯视图；标号说明I -外壳，2-微机，3-立体相对空间成像航测仪，4-工作台，5-键盘，6-X手轮，7-Y手轮，8_上盘,9_下金属盘,10-脚盘,12-光盘仓,17-阵列式数码摄像头板；18-活页口，19-摄像头，20-第一录音器；21_第二录音器，22-第三录音器，22-第四录音器，24-顶板；25_长方形外框；27_放大透镜，28-光学玻璃圆柱体和，29-弧形显示屏；32-北斗卫星地面接收仪；34_第一射灯，35-第二射灯；41-视频放大透镜，42-弧形立体镜，43-回转棱镜盒，44-人字形平面镜；45_第一45°平面镜,46-第二 45°平面镜,47-第一放大透镜,48-第二放大透镜,49-第一平板式显示屏，50-第二平板式显示屏，51-左眼的实像眼，52-右眼实像眼。
具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明本发明的3D全数字信息摄影测量系统仪器，包括一台微机与系统仪外壳固连，微机中加载有3D图形显示卡，外壳内部为暗箱结构，微机工作台面板上设有一台立体相对空间成像航测仪，专利号2009103029871的立体相对空间成像航测仪中的两台电脑通过数据线与微机连接，工作台上设有操作微机的键盘，工作台的正前方设有X和y手轮，X, y手轮均可以360°旋转，X和y手轮的内部传感器分别通过数据线与微机连接，工作台正前方地面上设有一台高程量测脚盘，Z金属脚盘下盘比重较重，与地面紧固，上盘灵活通过脚可轻松地360度旋转，Z脚盘内设有的传感器金属陶瓷角度传感器通过数据线与微机连接，系统仪外壳正前方设有长方形阵列式数码摄像头板，阵列式数码摄像头通过数据线有序地微机连接，阵列式数码摄像头板四角分别设有录音器，录音器分别通过数据线与微机连接。系统仪外壳正前方设有放大透镜视屏，放大透镜视屏的后侧设有一个光学玻璃圆柱体，光学玻璃圆柱体的后侧设有一块长方形半圆内弧形液晶或等离子显示屏，长方形半圆内弧形液晶或等离子显示屏通过数据线与微机连接。所述的立体相对空间成像航测仪的视频放大透镜，可以直观观察阵列式数码摄像头拍摄人物、景物、广告、科普和动漫片的立体相对影像，操作微机键盘进行摄影测量全数
字处理。所述长方形放大透镜视屏，专供人用肉眼观察微机数字化处理的立体相对影像在空间三维立体成像，其原理当人双眼观察视线经放透镜、光学玻璃圆柱体折射反射，人的双眼在光学玻璃圆柱的另一侧成正立、缩小的实像双眼，此时，人是通过实像双眼观察半圆内弧形液晶或等离子显示屏的立体相对影像，一种视差放射观察法，建筑起人双眼与实像双眼空间非对称视场光路，从而使人产生空间立体视觉。专供人用肉眼直接观察放大透镜视屏影像在空间立体成像。所述长方形阵列式数码摄像头板上方设有活动活页，摄像头板可上翻安装在系统仪外壳的顶板上。所述的阵列式数码摄像头纵向或横向之间的间距均在4. 5公分 7. 5公分之间。所述立体相对空间成像航测仪操作时，当人脚动Z脚盘时，一个黑色侧标点会在立体相对空间成像航测仪的视频放大透镜外的空间前后移动，供人双眼观察量测视频放大透镜外空间三维地形点的高程和测绘等高线。人坐在立体相对空间成像航测仪前，用手操作X、Y手轮。通过旋动X手轮使得立体相对航片影像沿纵坐标上下移动读数，也可以通过旋动y手轮使得立体相对航片影像沿横坐标左右移动读数，实现全数字的摄影测量。所述的长方形放大透镜的水平的一面朝外，放大透镜图面朝内，放大透镜凸面至光学玻璃圆柱体之间有一特定空间间距2-8cm,光学玻璃圆柱体至半圆形内圆弧形的液晶或等离子显示屏之间有一特定的空间间距2-8cm。工作原理摄影测量专业关键只有两点，图像获取和图像处理，微机将影像灰度转换成电信号，再转换成数字信号，由微机来实现摄像测量的自动化过程。阵列式数码摄像头所拍摄的任务、景物、广告、科普和动漫片影像经微机处理的众多立体相对影像，经光学玻璃圆柱体和透镜这两个光学器件反射到空间三维成像，符合立体成像三原则。
将航空摄像机所拍摄的立体相对航片光盘插入到光盘仓中，或者将存储卡插入微机中，工作人员观测视频放大透镜上的立体相对航片产生的三维地形影像时，工作人员应具备高水平的立体观察能力，防止出现立体判断不清，出现反立体现象，工作人员操作微机键盘、手动X手轮，y手轮，脚动z脚盘，在高精度影像扫描仪上进行逐立体相对航片扫描，生成X. tif文件，然后将X. tif文件通过局域网传输给测图系统，采用解析空三加密软件进行定向点加密，加密点经人工采集程序自动完成量测并计算生成，进行图像接边，这项工作时计算机内部自动匹配影像灰度；打开测图系统，在工程目录下进行以上各项数据文件的导入并进行批处理，建立立体相对模型，建立数字立体地面模型和竖直高程模型，设定工作区域，根据需要设定参数，固定工作范围，对立体模型进行向量测图，实施测图工作。可以不经外业调绘先测图(盲采)，输出图纸拿到外业调绘，再回到内业修改，在仪器目视下判读量测加外业补充调绘的方式成图，可以生产数字正射影像图(像片图)在进行测图前，需要建立相应的数字地面模型，也就是我们所说的平面、高程定向。实施例I :如图I,本实施例包括微机和系统仪的箱体(也称为外壳)，微机中加载有3D图形显示卡，随着数字图像处理、模式识别、人工智能、专家系统以及计算机和视觉科学的不断发展，这些技术已经在生产中得到了广泛的应用。微机和系统仪外壳固连，微机工作台面板上设有一台立体相对空间成像航测仪(专利号2009103029871)，立体相对空间成像航测仪中的两台电脑通过数据线与微机连接，工作台上设有操作微机的键盘5，工作台4的正前方设有X和y手轮，X, y手轮均可以360°旋转，x和y手轮的内部传感器分别通过数据线与微机连接，微机侧面设有立体相机相对航片的光盘仓。工作台正前方地面上设有一台Z高程的量测脚盘(水平放置在地面上)，Z金属脚盘下金属盘比重较重，与地面紧贴，上盘灵活通过脚可轻松地360度旋转，Z脚盘内设有的传感器通过数据线与微机连接。一X盘，用于航片上下移动(是同步同向移动)；y盘，用于2张航片左右同步同向移动，z盘，用于两张航片同步横向相对移动立体相对空间量测盘中的立体相对航片影像上下移动量测，X手轮和Y手轮内设有传感器通过数据线与微机相连。当阵列式数码摄像头对准人物或景物拍摄时，可通过立体相对空间成像航测仪的视频放大透镜观察，操作键盘，所拍影像即通过微机进行立体相对影像数字处理，同时，阵列式数码摄像头板四角的录音器录制的音频同步储存到微机中，拍摄完后，阵列式数码摄像头板可通过活页口上翻，将阵列式数码摄像头板固定在系统仪外壳的顶板上，此时，放大透镜的显示屏(即外立平面)外露，放大透镜的显示屏的长方形外框为黑色，长方形外框的两侧分别设有长条形立体声音箱，经阵列式数码摄像头拍摄的图像通过微机数字化处理，专供人用肉眼直接观察人物或景物在放大透镜视屏外面的空间立体成像。人可以直接与放大透镜视屏外面的虚拟人语言交流和肢体互动。当把立体相对航片光盘放入光盘仓中，即可观测立体相对航片光盘的影像，在立体相对空间成像航测仪的视频放大透镜外的空间观察三维地形，地貌立体成像，脚动Z高程量测盘(即脚盘)时，立体相对两张航片会横向相对移动，黑色标测点会在立体相对空间成像航测仪的视频放大透镜外的空间的三维地形前后移动，量测三维地形点的高程量测盘会导致航片横向移动，就相当于标测点空间前后移动，手动X手轮和Y手轮，黑色标测点可以沿着空间三维地形绘制出等高线，由微机实现摄影测量的自动化过程。通过数字化地形扫描仪最终形成地形图。一现有技术如图2和图4和图5，本实施例包括长方形放大透镜、光学玻璃圆柱体、弧形显示屏(为半圆形内圆弧形液晶或等离子显示屏)，放大透镜的水平面为放大透镜显示屏，长方形放大透镜的凸面朝内侧，长方形放大透镜至光学玻璃之间有一特定空间间距(具体为2-8cm)，光学玻璃圆柱体至弧形显示屏之间有一特定空间间距(具体为2-8cm)。 光学玻璃圆柱体以圆柱的圆心作圆设计出弧形显示屏的内弧面。光学玻璃圆柱体的高度略高于人体身高，光学玻璃圆柱体的直径略大于成人形体。光学玻璃圆柱体，用于建筑起人双眼与实像双眼空间非对称视场光路，从而使人产生空间立体成像视觉。北斗卫星地面接收仪32通过数据线33与微机2相连，北斗卫星地面接收仪32 —般安置在室外或建筑物顶部。微机与互联网连通，实现全数字摄像测量的信息化。电脑三维航空摄像机所拍的偏振光立体相对航片光盘或传统航空摄影测量的普通立体相对航片光盘装入光盘仓中，或存储卡插入微机中，经微机处理的三维立体相对影像在半圆形内圆弧形液晶或等离子显示显影，经光学玻璃圆柱体和放大透镜视屏折射的三维影像，在放大透镜视屏以外的空间立体成像，专供人用肉眼直接观察三维地形，地貌，可供军事人员指挥作战使用。3D全数字信息摄影测量系统仪，如图3所示，实像双眼的视觉光路分别经人字形平面镜的反射以及第一 45°平面镜和第二 45°平面镜的反射，再经第一放大透镜和第二放大透镜的透射看，分别到达第一平板式显示屏和第二平板式显示屏，从而观察第一平板式显示屏，和第二平板式显示屏组成的航片立体相对地形影像。人的双眼与实像双眼构筑起空间非对称视场光，从而实现立体相对地形影像在空间三维立体成像。第一放大透镜和第二放大透镜的圆心处各有一个黑色标测点。左眼的实像眼和右眼实像眼，是指观察视频放大透镜的人的双眼经弧形弧形立体镜反射到弧形弧形立体镜前方形成的缩小、倒立的实像双眼。测图时，应当在选择好适合于本单位的绘图软件，高程运行正常，准确提供外业控制成果和满足测图精度的航片数据等所需的资料的前提下进行扫描影像，数码影像数据直接导入微机，真正实现了数字化操作，作业人员只需坐在工作台前观测，通过人机交互便可进行图形采集，数据编辑处理。测绘产品也有原来的纸质地形图变成数字化线化图，数字正射影像图，数字高程模型，三维立体景观图等，实现了快速存取，一图多用，在经济社会发展各领域具有广泛的应用前景。立体相对空间成像航测仪技术(专利号2009103029871)的数据线与3D全数字信息摄影测量系统仪的微机相连，可以直接配合3D全数字信息摄影测量系统仪加密、定向、测量成图工作。当关闭弧形显示屏的光源时，打开外壳内暗箱顶部两侧射灯，弧形显示屏具有镜子反射功能，当人在放大透镜的显示屏的I米以外的地方用手指向放大透镜的显示屏时，自己的虚拟人会在放大透镜显示屏外的空间同样用手指指着自己，进行肢体和语言的交流互动，十分有趣。
透镜的凸面与光学玻璃圆柱体间距为2-8cm，透镜的水平面朝外，该水平面作为供人观察的视屏放大镜；圆柱体至内圆弧形液晶或等离子显示屏的间距为2-8cm ；参照图1，阵列式数码摄像所拍摄的空间景物、广告灯立体相对影像经空间立体成像航测仪观测出来的图像在内圆弧形液晶或等离子显示屏上成像，通过光学玻璃圆柱体，长方形透镜供人用肉眼观察；肉眼观察到的为三维成像；其光学原理为如图4和图4所示，人的双眼通过长方形透镜，在光学玻璃圆柱体另一侧形成缩小、正立的实像双眼，用于直接观察液晶或等离子显示屏上众多立体相对影像。根据光学反射和折射定律，依据人眼的左右视差效应，产生空间非对称视场光路，从而产生空间三维立体成像视觉。这种方法为视差反射式观察法。阵列摄像头拍摄的多张照片(如有N个摄像头，则同一时刻拍摄有N张照片)同时显示在弧形显示屏上，每一张照片与上下左右的照片都有重叠，对于每一张图片而言，重叠部分为占每一张照片总面积的30-60%。
权利要求
1.一种3D全数字信息摄影测量系统，其特征在于，包括摄影系统和量测系统； 所述的摄影系统包括微机、箱体、阵列式数码摄像头板、放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显示屏； 箱体除一个非密封侧面外，其余的五个面均为密封面； 放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显示屏均设置在箱体内，光学玻璃圆柱体设置在放大透镜与弧形显示屏之间，放大透镜的外立面为平面，放大透镜的内立面为弧形曲面；放大透镜设置在非密封面处； 阵列式数码摄像头板上设有以阵列形式排列的多个摄像头；阵列式数码摄像头板通过活页安装在所述的非密封面的边缘处；拍照时，阵列式数码摄像头板盖住该非密封面并与放大透镜的外立面平行；未拍照时，阵列式数码摄像头板盖在箱体的顶板上或背面板上，此时放大透镜的外立面外露便于人眼观察； 弧形显示屏与多个摄像头均与微机相连。
2.根据权利要求I所述的3D全数字信息摄影测量系统，其特征在于，光学玻璃圆柱体与放大透镜的内立面之间最短间距为2-8厘米；光学玻璃圆柱体与弧形显示屏之间最短间距为2-8厘米。
3.根据权利要求I或2所述的3D全数字信息摄影测量系统，其特征在于，所述的量测系统为立体相对空间成像量测仪，量测系统设置在箱体的正面。
4.根据权利要求3所述的3D全数字信息摄影测量系统，其特征在于，立体相对空间成像量测仪包括工作台、视频放大透镜、2个液晶显示屏、弧形立体镜、回转棱镜组、放大透镜、X手轮、Y手轮、Z脚盘以及2个立体相机相对航片光盘仓； 工作台上设有键盘；键盘、2个液晶显示屏、X手轮、Y手轮、Z脚盘以及2个立体相机相对航片光盘仓均与微机连接； 弧形立体镜设置在视频放大透镜后方，弧形立体镜的正面为圆弧面，弧形立体镜的背面为平面，弧形立体镜圆弧面朝外、往箱体的正前方向外倾斜45°角(即向视频放大透镜方向倾斜)； 回转棱镜组、2片放大透镜和2个平板式显示屏依次设置在倾斜的弧形立体镜下方；放大透镜上设有两个黑色标测点；回转棱镜包括一个人字形平面镜和2片45°平面镜，2片放大透镜分别位于2片45°平面镜的正下方；2个平板式显示屏分别位于2片放大透镜的正下方；2片45°平面镜的镜面分别于人字形平面镜的2个镜面在同一水平线上相对。2个平板式显示屏发出的光依次经放大透镜、回转棱镜组的45°平面镜、回转棱镜组的人字形平面镜和弧形立体镜，最后从视频放大透镜透射出来，形成量测光路。
5.根据权利要求4所述的3D全数字信息摄影测量系统，其特征在于，所述的X手轮、Y手轮、Z脚盘内均设有金属陶瓷角度传感器。
全文摘要
本发明公开了一种3D全数字信息摄影测量系统，包括摄影系统和量测系统；所述的摄影系统包括微机、箱体、阵列式数码摄像头板、放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显示屏；箱体除一个非密封侧面外，其余的五个面均为密封面；放大透镜、光学玻璃圆柱体和弧形显示屏均设置在箱体内，光学玻璃圆柱体设置在放大透镜与弧形显示屏之间，放大透镜的外立面为平面，放大透镜的内立面为弧形曲面；放大透镜设置在非密封面处；弧形显示屏与多个摄像头均与微机相连。该3D全数字信息摄影测量系统能拍摄并观察三维立体图像，构思巧妙。
文档编号G01C11/02GK102620722SQ20121008991
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者李雨顺 申请人:李雨顺