专利名称：激光测距装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种测距技术，尤其涉及一种激光测距装置及方法。
背景技术：
一般来说，激光测距的光信号接收时主要方法有直接接收和反射接收。在直接接收方面 ，由于对设备的要求高，因而这些设备的造价大多相当的昂贵，多用于航天等高科技领域， 很少用于民用。目前用于民用的激光测距技术多采用反射接收，在较长时间内多次反射后取 平均值测量距离。然而在反射接收时，又由于光信号强度较直接接收小，距离较远时相当微 弱，接收和处理时难度较大，接收装置成本昂贵。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种低成本的直接接收光信号的激光测距装置及方法。 一种激光测距装置，其包括激光发射组件、影像感测器、处理器及存储器。所述激光发 射组件发射多束测量激光束，该测量激光束由同一点向四周以辐射的方式投射，所述激光发 射组件还发射两束标尺激光束，该标尺激光束平行于所述多束测量激光束中心轴。所述处理 器包括激光控制模块，用于控制激光发射组件的开启和关闭；激光发射参数获取模块，用 于获取激光发射时所述测量激光束两两之间夹角及所述标尺激光束之间的间距；图像获取模 块，用于获取影像感测器拍摄的激光发射前后的图像；图像存储模块，用于将激光发射前后 拍摄的图像存储于存储器中；激光点提取模块，用于根据激光发射前后的图像对比提取各激 光束在图像中投射的激光点的位置；及测距模块，用于根据所述各激光点在图像中的位置、 所述测量激光束之间的夹角及所述标尺激光束的间距计算出激光测距装置与被测物体之间的 距离。
一种激光测距方法，包括以下步骤发射多束向四周以辐射方式投射的测量激光束及两 束平行的标尺激光束；拍摄具有激光投射点的图像；关闭激光束；拍摄不具有激光投射点的 图像；提取图像中激光投射点位置信息；根据所述各激光点在图像中的位置、所述测量激光 束之间的夹角及所述标尺激光束的间距计算出测距装置与被测物体之间的距离。
由于激光测距装置可以直接根据拍摄的图像中各激光束投射的点的位置及激光束发射的 角度、距离，计算出被测物体与激光发射处的距离，所以无需昂贵的接收装置，大大节省了 成本。
图l是本发明提供的激光测距装置的硬件架构图。 图2是本发明提供的激光测距装置的测距过程示意图。 图3是本发明提供的激光测距装置的处理器的功能模块图。 图4是本发明提供的激光测距装置的测距方法流程图。
具体实施例方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2，激光测距装置100可以用于摄像装置的辅助测量、自动行动装置中的 测距、汽车防撞系统中的运用及洞穴内部空间勘探测量等。
所述激光测距装置100包括激光发射组件10、影像感测器20、处理器30、存储器40、激 光调节装置50及转动装置60 。
所述激光发射组件10发射多束由同一点向四周以辐射方式投射的测量激光束La及平行于 所述测量激光束La的中心轴M的标尺激光束Lb。在本实施方式中，所述激光发射组件10发射 三束测量激光束La及两束标尺激光束Lb。所述测量激光束La由同一点向四周以辐射的方式投 射。所述测量激光束La中各激光束之间的夹角为第一夹角c^、第二夹角a2及第三夹角a3。 在本实施方式中，所述测量激光束La中夹角两两相等均为a 。所述标尺激光束Lb平行于所述 测量激光束La中心轴M。
所述激光调节装置50，用于调节激光的输出强度、标尺激光束Lb发射时的间距a及测量 激光束La两两之间的夹角a 。在本实施方式中，当被测物体90距离较近时，激光调节装置 50降低激光的输出强度，减小标尺激光束Lb发射时的间距a，减小测量激光束La两两之间的 夹角a。防止激光点超出取景范围。当被测物体90距离较远时，激光调节装置50增强激光的 输出强度，增大标尺激光束Lb发射时的间距a，增大测量激光束La两两之间的夹角a 。保证 激光点在图像中的间距不至于过小，影响精度。
所述转动装置60，用于将激光向不同的方向发射，对不同方位进行测距。在洞穴内部空 间勘探测量时，为了获得洞穴的立体模型，需对洞穴壁进行测量，所以利用转动装置60，使 得激光向不同的方向发射，对不同方位进行测距，获取不同方位的距离，再根据获取的数据 构建洞穴的空间模型。
处理器30用于根据所述各激光点在图像中的位置、所述测量激光束La之间的夹角a及所 述标尺激光束Lb的间距a计算出激光测距装置100与被测物体90之间的距离。存储器40用于存 储拍摄激光发射前后的图片。
5请参阅图3，所述处理器30包括激光发射参数获取模块31、激光控制模块32，图像获 取模块33，图像存储模块34，激光点提取模块35，激光调节模块36，测距模块37、倾角测量 模块38及空间测量模块39。
激光发射参数获取模块31，用于获取激光发射时所述测量激光束La两两夹角a及所述标 尺激光束Lb之间的间距a。在本实施方式中，由于所述测量激光束La两两夹角a相等，所以 获取一个即可。控制模块32，用于控制激光发射组件10的开启和关闭。图像获取模块33，用 于获取影像感测器20拍摄的激光发射前后的图像。图像存储模块34，用于将激光发射前后拍 摄的图像存储于存储器40中。激光点提取模块35，用于根据激光发射前后的图像对比提取各 激光束在图像中投射的激光点的位置。所述激光点提取模块35根据没有发射激光时的图像及 发射激光后的图像中相同像素处的亮度及颜色对比找到图像中激光点的位置，并获得三个测 量激光点所围成的三角形的内角及标尺激光Lb两点间的像素数。
激光调节模块36，用于根据图像中激光投射点所占图像的比例控制激光调节装置。为了 保证精度，若图像中激光投射点间距太小，则控制激光调节装置50增大测量激光束La的夹角 a及标尺激光束Lb的间距a。若图像中激光投射点间距太大，则控制激光调节装置50减小测 量激光束La的夹角a及标尺激光束Lb的间距a，保证激光投射点位于取景范围内。
测距模块37，用于根据所述各激光点在图像中的位置、所述测量激光束La之间的夹角a 及所述标尺激光束Lb的间距a计算出激光测距装置100与被测物体90之间的距离。所述测距模 块37利用所述标尺激光束Lb之间的间距a与图像中该所述标尺激光束Lb投射的点之间的像素 数之间的比例关系，及图像中所述标尺激光束Lb投射的点间的像素数与图像中所述测量激光 束投射La的点间的像素数之间的比例，计算出测量激光束La投射点之间的实际间距。由于测 量激光束La与投射在被测物体上的三角形在空间上围成正三棱锥，利用激光发射参数获取模 块31获取的激光发射时所述测量激光束La两两夹角a及所述测量激光束La投射点各点之间的 实际间距a及测量激光束La围成的三角形的内角，利用立体几何算法，算出正三棱锥侧面及 底面三角形的高，利用勾股定理计算出该正三棱锥的高，该值为该正三棱锥的顶点到该三棱 锥底面的沿三束测量激光束La中心轴M方向的距离，即物体90与激光测距装置100的距离。
倾角测量模块38，用于根据所述所述测量激光束La投射点在图像中的位置及所述测量激 光束La之间的夹角a计算出所述投射的激光点所在的平面与所述测量激光束La中心轴M之间 的夹角e。在本实施方式中，根据测量激光束La与投射在被测物体90上的三角形在空间上围 成正三棱锥，利用激光发射参数获取模块31获取的激光发射时所述测量激光束La两两夹角a 及所述测量激光束La投射点各点之间的实际间距a及围成的三角形的内角，构建出该正三棱锥的数学模型，利用所述测量激光束La投射点连线构成的三角形的变形量，计算出所述投射 的激光点所在的平面与所述测量激光束La中心轴M之间的夹角{3 。
当在洞穴内部空间勘探测量时，空间测量模块39，用于控制转动装置60对不同方位进行 测量，并根据不同方位获取的距离，利用三维图形构建算法，构建立体空间模型。本激光测 距装置100利用根据各个激光投射点测得的平面及该平面与激光测距装置100的距离，通过三 维图形构建算法，将所有位置进行组合，构建出该洞穴的内部模型。
请参阅图4，为本发明激光测量方法的流程图。
步骤S11:发射多束向四周以辐射方式投射的测量激光束La及两束平行的标尺激光束Lb 。在本实施方式中，所述多束激光束为三束。 步骤S13:拍摄具有激光投射点的图像。 步骤S15:关闭激光束。 步骤S17:拍摄不具有激光投射点的图像。
步骤S21:提取图像中激光投射点位置信息。在本实施方式中，根据没有发射激光时的
图像及发射激光后的图像中相同像素处的亮度及颜色对比找到图像中激光点的位置，并获得
三个测量激光束La的投射点所围成的三角形的内角及标尺激光束Lb的投射点之间的像素数。
步骤S25:计算距离。在本实施方式中，利用所述标尺激光束Lb之间的间距a与图像中该 所述标尺激光束Lb投射的点之间的像素数之间的比例关系，及图像中所述标尺激光束Lb投射 的点间的像素数与图像中所述测量激光束La投射的点间的像素数之间的比例，计算出测量激 光束La投射点之间的实际间距。由于测量激光束La与投射在被测物体90上的三角形在空间上 围成正三棱锥，利用激光发射时所述测量激光束La两两夹角a及所述测量激光束La投射点各 点之间的实际间距及测量激光束La投射点围成的三角形的内角，利用几何算法，算出正三棱 锥侧面及底面三角形的高，利用勾股定理计算出该正三棱锥的高，该值为该正三棱锥的顶点 到该三棱锥底面的沿三束测量激光束La中心轴M方向的距离，即物体90与激光测距装置100的 距离。
在本发明激光测量方法中，还可根据所述激光点在图像中的位置及所述测量激光束测量 激光束La之间的夹角a计算出所述投射的激光点所在的平面与所述测量激光束La中心轴M之 间的夹角e。在本实施方式中，根据测量激光束La与投射在被测物体90上的三角形在空间上 围成正三棱锥，利用激光发射参数获取模块31获取的激光发射时所述测量激光束La两两夹角 a及所述测量激光束La投射点各点之间的实际间距及测量激光束La投射点围成的三角形的内 角，构建出该正三棱锥的数学模型，利用所述测量激光束La投射点连线构成的三角形的变形
7量，计算出所述投射的激光点所在的平面与所述测量激光束La中心轴M之间的夹角e 。
由于激光测距装置可以直接根据拍摄的图像中各激光束投射的点的位置及激光束发射的 角度、距离，计算出被测物体90与激光发射处的距离，所以无需昂贵的接收装置，大大节省 了成本。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它 各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
权利要求1一种激光测距装置，其包括激光发射组件、影像感测器、处理器及存储器，其特征在于，所述激光发射组件发射多束测量激光束，该测量激光束由同一点向四周以辐射的方式投射，所述激光发射组件还发射两束标尺激光束，该标尺激光束平行于所述多束测量激光束中心轴，所述处理器包括激光控制模块，用于控制激光发射组件的开启和关闭；激光发射参数获取模块，用于获取激光发射时所述测量激光束两两之间夹角及所述标尺激光束之间的间距；图像获取模块，用于获取影像感测器拍摄的激光发射前后的图像；图像存储模块，用于将激光发射前后拍摄的图像存储于存储器中；激光点提取模块，用于根据激光发射前后的图像对比提取各激光束在图像中投射的激光点的位置；及测距模块，用于根据所述各激光点在图像中的位置、所述测量激光束之间的夹角及所述标尺激光束的间距计算出激光测距装置与被测物体之间的距离。
2 如权利要求l所述的激光测距装置，其特征在于，所述测量激光束为三束。
3 如权利要求2所述的激光测距装置，其特征在于，所述测量激光 束两两之间夹角相等。
4 如权利要求l所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距 装置还包括一个激光调节装置，该装置用于调节激光的输出强度、标尺激光束发射时的间距 及测量激光束两两之间的夹角，所述处理器还包括激光调节模块，用于根据图像中激光投射 点所占图像的比例控制激光调节装置。
5 如权利要求l所述的激光测距装置，其特征在于，所述处理器还 包括倾角测量模块，用于根据所述激光点在图像中的位置及所述测量激光束之间的夹角计算 出所述投射的激光点所在的平面与所述测量激光束中心轴之间的夹角。
6 如权利要求l所述的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距 装置还包括一个转动装置，用于将激光向不同的方向发射，对不同方位进行测距，所述处理 器还包括空间测量模块，用于控制转动装置对不同方位进行测量，并根据不同方位获取的距 离，利用三维图形构建算法，构建立体空间模型。
7 一种激光测距方法，包括以下步骤 发射多束向四周以辐射方式投射的测量激光束及两束平行的标尺激光束； 拍摄具有激光投射点的图像； 关闭激光束；拍摄不具有激光投射点的图像； 提取图像中激光投射点位置信息；根据所述各激光点在图像中的位置、所述测量激光束之间的夹角及所述标尺激光束的 间距计算出所述激光测距装置与被测物体之间的距离。
8 如权利要求7所述的激光测距方法，其特征在于，所述多束由同 一点以辐射方式投射出的测量激光束为三束。
9 如权利要求8所述的激光测距方法，其特征在于，所述多束由同 一点以辐射方式投射出的激光束之间的两两夹角相等。
10 如权利要求7所述的激光测距方法，其特征在于，该激光测距方 法还根据所述激光点在图像中的位置及所述测量激光束之间的夹角计算出所述投射的激光点 所在的平面与所述测量激光束中心轴之间的夹角。
11 如权利要求7所述的激光测距方法，其特征在于，所述提取图像 中激光投射点的位置信息的步骤中，根据发射激光前后的图像对比获取激光投射点在图像中 的位置。
全文摘要
本发明提供一种激光测距装置，其包括激光发射组件、影像感测器、处理器及存储器。所述激光发射组件发射多束测量激光束，该测量激光束由同一点向四周以辐射方式投射，所述激光发射组件还发射两束标尺激光束，该标尺激光束平行于所述多束测量激光束中心轴。所述处理器包括激光控制模块，用于控制激光的发射和关闭。激光发射参数获取模块，用于获取测量激光束两两之间夹角及标尺激光束之间的间距。图像获取模块，用于获取激光发射前后的图像。图像存储模块，用于将图像存储于存储器中。激光点提取模块，用于提取各激光束在图像中投射的激光点的位置。测距模块，用于计算出激光测距装置与被测物体之间的距离。另，本发明还提供一种激光测距方法。
文档编号G01C3/24GK101451833SQ20071020280
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者陈水燕 申请人:佛山普立华科技有限公司;鸿海精密工业股份有限公司