带刻度十字丝摄像机的原理及应用
(乐通光电研究所 430074)

摘要:本文介绍带刻度十字丝摄像机的组成、原理及应用
关键词:十字丝 摄像机 字符图形叠加 水准面 变形与倾斜

一. 引言
        随着光电等高新科学技术的发展，计算机视觉、图像网络传输、图像测量等技术均得到了蓬勃的发展，CCD与CMOS固体图像传感器及应用也迅速地发展起来。并且用这种固体图像传感器构成的摄像机在各领域的应用已十分广泛，对摄像机的功能要求也越来越高。如有黑白型、彩色型、超低照度型、日夜转换型、红外夜视型、自动聚焦型以及各种超小型与隐蔽型等等。
        但为了满足图像测量与目标瞄准等的需要，市场上有公司原已推出了一种带十字丝的清晰度较差的黑白摄像机。为满足客户更高的需求，我公司新研制了一种性能优越的高、中清晰度的带刻度与不带刻度两种十字丝的黑白与彩色摄像机。
        下面就将这种带刻度十字丝的摄像机的组成、原理及应用作一简介。以供使用者参考。

二.带刻度十字丝摄像机的组成及原理
        带刻度的十字丝或无刻度的十字丝可用光刻工艺制成，但也可用字符图形视频叠加而成。我公司生产的带刻度十字丝的摄像机就是用后者制成的。这种摄像机的组成如图1所示。

（略）
图1.带刻度十字丝摄像机的组成

        由图1看出，这种摄像机主要由CCD或CMOS固体图像传感器、定时脉冲驱动及同步信号产生部分、视频信号处理部分（含预处理、切割、压缩、校正、混消隐、ＡＧＣ、视频放大与输出等）、镜头与字符图像视频叠加部分等。
        由此看出，与普通摄像机不同的是多了一个字符图形视频叠加部分。正由于有了这一部分（带刻度十字丝的字符图形），才可以输出带刻度十字丝的视频信号。

三.带刻度十字丝摄像机的应用

带刻度十字丝摄像机除可用于一般的监控系统外，主要应用如下:

1.可作水准及水准面测量
        可代替专业贵重的光学或激光水准仪作水准测量与水准面测量。如将十字丝摄像机放在水准仪三角架或照相机等三角架上，将水准气泡放摄像机上调气泡居中后，则十字丝中心或水平线所对之景物的高度即为摄像机与三脚架的已知高度。若将十字丝摄像机沿三脚架转一圈，则十字丝中心或水平线所视景物的高度即为同一水准面。若周围有一些水准标尺，则很快算出水准标尺所立地方的高差，因而可用于建筑、道路、水渠等的建设测量。

2.可做位移、变形与倾斜测量
        它可用于对大地测量一、二等点，大型建筑物，如高楼大厦、宝塔、古文物建筑、高大烟囱、水坝、大堤等的位移、变形与倾斜测量。
具体方法是：将带刻度十字丝摄像机尽量装置在一稳固不变的支撑物上，将十字丝中心对准大地测量一、二等钢架点、对准高楼大厦、宝塔、古文物建筑、高大烟囱、水坝、大堤等某一固定标志点、整天、整月、整年的监测，看这一固定标志点离开十字丝中心的位移与离开方向等。并可根据十字丝上的刻度，估算出其日、月、年的位移量与倾斜变形量。

3.可作物体的表面形貌与立体测量
        如将十字丝对准物体的某一高度，并记录存贮下来然后用固定的高差△Z，将不同的高度一一记录存贮。显然根据这些存贮记录值，即可获得该物体的表面形貌与立体测量。

4.可作定向与定位
        如可用十字丝定道路、隧道、涵洞建设的方向、以及大型机械与自动生产线等的安装定位。

5.可用于对目标的瞄准
        如在军事上可将十字丝中心用于对目标的瞄准，并可根据十字丝的四个象限判断目标的方位等。
6.可估测出目标的距离与大小
        因为所使用摄像机的图像传感器的尺寸（长、宽、对角线）与所用镜头的焦距是已知的，再根据十字丝上目标的 宽与高所占的刻度值,即可根据下列公式估算出目标的距离D。
即        D= fH/h= fV/v
式中f为镜头的焦距；H与V为目标的宽和高；h与v为图像传感器的宽与高。
显然，要估算出目标在监视器上的大小，必须综合考虑系统的放大倍数。如对1/2英寸的图像传感器，其放大倍数为：
          M1(1/2英寸)=f/12.5mm
对1/3英寸的图像传感器，其放大倍数为：
          M1(1/3英寸)=f/8mm
而监视器的放大倍数为：
M2=监视器的对角线值/图像传感器的对角线值
若使用对角线为9英寸的监视器和1/2英寸的图像传感器，（对角线为8mm=0.315英寸），则：
M2=9英寸/0.315英寸=28.57
因此，系统的整体放大倍数为：
M=M1×M2

7.可估算出移动目标的运动速度和方向
        因为根据目标在监视器上移动的距离，再结合记下目标在这段距离内的时间，即可估算出其移动的速度。此外，根据十字丝的四个象限也可判断出目标移动的方向。

五.结束语
        由上看出，普通摄像机加上带刻度十字丝的字符图形与视频混合叠加后，即可组成一种新的带刻度十字丝的摄像机，这样其应用就大为增加。
这种带刻度十字丝的摄像机不仅可广泛应用于军事上，而且还可以应用于民用测量上。文中所述的应用也只是初步的，如读者稍加改装，再配合其它一些相关装置，将可使这种摄像机的应用更为广泛。

（乐通光电有限公司在此授权此章为参考，只能为非商业目的复制本目录上公布的内容，且条件是您所复制的此类信息仍应保留本章节中关于我公司版权及其我公司所有权的通知及声明.）
（LETONG Optics&Electronics hereby authorizes you to copy materials published by it on this Web site for non-commercial use only, provided any copy of these materials which you make shall retain all copyright and other proprietary notices and any disclaimer contained thereon and on this Web Site.）