目前实现距离测量、空间描述和搜索的传统方式在新的应用场合中存在不同的缺点,例如,地震后倾斜危险的建筑物内部、矿坑、地下洞穴等无光照、无GPS信号的环境中,无法使用激光等获取内部详细信息。这些特殊环境下常规测量方法无法满足,诸如应急搜索、设备快速布置、现场调试、尽量少的电池消耗等。除了距离信息之外,快速搜索等救援任务需要获取颜色、纹理等细节信息来了解极端环境内部情况。所以,搜索设备的发展趋势会朝着视觉化和多用途化等方向发展。基于激光、声学传感器和集成传感器测距的方式,大多可以实现高精度的测距,但是由于本身缺点,无法提供颜色纹理等信息,而且越精确的设备的售价越昂贵,不适合大规模的使用和更多应用场合的推广。因此,本文提出了一种利用改良聚光灯实现测距和测角的方法。该方法根据所应用的环境中缺少光照的特点,使用透镜和反光罩改良LED聚光灯,使其产生边缘效果好的照明光斑。均匀的光斑为摄像头提供采集图像所必须的均匀光源。摄像头可以捕捉到受距离和平面趋势影响而变化的照明光斑,判断观察者和平面的距离和角度关系。配合点云图,可以实现空间的轮廓获取和图像的获取。传统测量方式存在诸多缺点,普通的LED聚光灯存在诸多的问题,不能为摄像头提供良好的均匀光源,不适合用于空间信息的获取,所以本文提出一种满足均匀拍照光源和暗环境测量的改良方式来满足特殊环境要求。主要研究内容和结果如下:(1)在广泛阅读国内外文献的基础上,总结目前常用的测量介质及测量方式,包括红外激光、超声波、单色可见光等,以及他们各自的适用环境。对现有的几种常见的测距方式进行了比较,重点介绍了可视激光、红外和光电笔等测量介质的主要应用、适用场合和自己的缺陷。分析灾害现场和地下洞穴等搜索环境中的基本特点,缺少光照,搜索需要更加细致信息,需要获取图片信息,拍摄传输视频等应用依赖稳定的光照等特点提出了本课题的解决方法以及本课题的研究意义。(2)根据改良光斑在结构光方面存在的测量特性,提出利用改良聚光灯实现距离测量的方案。搭建硬件测量设备和测量模型,控制光照条件,实现图像的采集、降噪、滤波、分割、边缘获取,提取测量中心点,计算三角测距模型。分析影响聚光灯测距精度的因素,与激光在相同的情况下比较精度,验证本设计的可用性。验证光照改变是否会影响聚光灯测距的精度。(3)验证聚光灯在多种已知三角测距模型下的测距有效性和准确性,建立面积测距模型,提出利用光斑在距离上的不断变化作为测距的依据,并且推导数学模型,建立对应的采集系统。采集数据,拟合数据,验证面积-距离测量模型的可用性。比较几种测距方式的优劣、精确度和容易受到的影响条件。(4)建立角度测量模型,在已知角度的情况下采集图像,验证关于平面相对于相机的角度测量模型的可用性。验证聚光灯光斑的投射方向同相对平面之间的相对角度的关系,包括角度拉伸和压缩的原因。利用测距模型,搭载可控云台,实现360°旋转,实现采集空间二维轮廓的能力。(5)分析结果,获得结论,验证该方式可以改善黑暗环境下的测量和搜索问题。