一种基于线阵ccd的高速激光测距装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种测距装置，尤其涉及一种基于线阵C⑶的高速激光测距装 置。
【背景技术】
[0002] 激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特征，能大大提高测量精确 度，被广泛应用在测距装置上。激光测距方法具有原理简单、测量速度快、测程远的特点，目 前，许多室内机器人系统，使用激光测距装置作为主要传感器，用来画图、定位和避障。
[0003] 传统的激光测距方法包括脉冲法、相位法及三角测量法，脉冲法测量精度较低，相 位法每次测距需要的稳定时间较长，三角测距法具有较好的应用效果生产成本低，是目前 研宄的热点。假设激光发射到目标物体上，在目标物体上形成的光斑比较固定，那么在线阵 CCD上成像时，在不同的距离成像的激光斑质心所在的位置也不同。通过图像算法检测出来 激光斑在拍摄图像中的位置不同，求出光斑质心位置，按照本实用新型推导的公式可以求 出物体距离。同时，本实用新型也提出了，前方物体距离不同所拍摄到的光斑大小也不同： 在近距离，成像的光斑大，光斑映射到线阵CCD上的线段可能为几十个像素点；在远距离， 例如5米处，成像的光斑小，光斑映射到线阵CCD上的线段可能只有几个像素点。记录这个 不同线段长短的特点，可以对所求取的距离值进行自纠错，对于错误的测距帧可以舍弃。同 时，如附图3所示，理论上最近测距距离是G点，但由于激光不是一个像素点，而是一片光 斑，所以最近测距在I点；同样的，H点以内的距离都不能拍照到比较完整的图像光斑。对 于这些不完整光斑的图像，提前记录下其图像计算质心和实际质心的不同位置对应关系， 可以用来表述到超出理论值的近距离测量。
[0004] 线阵CCD可同时储存一行光电信号，而且单排感光单元的数目可以，在同等测量 精度的前提下，测量范围更广；同时，由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度 快、频率相应高，能够实现动态测量，并且能够在低照度下工作，广泛应用于产品尺寸测量 和分类、非接触尺寸测量等领域。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型针对上述技术存在的缺陷，提供了一种基于线阵C⑶的高速激光测距 装置，本实用新型的测距装置结构简单，用户成本低；测距方法快速、灵敏，如果配合其他移 动装置，可以实现全方位的连续高速测距，在通信、航空、智能家居等测距领域有很高的应 用价值。
[0006] 本实用新型是通过如下技术方案实现的，一种基于线阵C⑶的高速激光测距装 置，其特征在于：该激光测距装置包括激光发射器、成像透镜组、线阵CXD图像传感器及DSP 处理单元；激光发射器设置在线阵CCD图像传感器的延长线上；激光发射器的发射方向与 线阵CCD图像传感器所在平面成一定角度；激光发射器到CCD图像传感器的距离为一特定 值；激光束照射到目标物体表面，发生漫反射，反射的光斑与当前视场角内的物体经成像透 镜组共同成像于线阵CCD图像传感器上，激光光斑成像为一段高亮度线段，其他背景成像 为比较低亮度的数据，实现光信号转换为电信号，经DSP处理单元采集光斑映射所成的高 亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离。
[0007] 所述的DSP处理单元包括FIFO模块、连接导线、DSP电路。
[0008] 所述的成像透镜组进一步包括一滤光片；所述滤光片安装在所述成像透镜组前 端，用以滤掉特定波长的光。
[0009] 所述的测距装置进一步包括一基座，所述激光发射器、成像透镜组、线阵CCD图像 传感器及DSP处理单元固定在该基座上。
[0010] 所述激光发射器的发射方向与所述线阵CCD图像传感器所在平面所成角度的范 围为81。~86。。
[0011] 所述激光发射器到所述C⑶图像传感器中心的距离范围为3cm~9cm。
[0012] 本实用新型具有如下有益效果：
[0013] 1)线阵C⑶图像传感器不同于普通C⑶图像传感器，线阵C⑶图像传感器可以进 行高速扫描，处理速度更快、频率响应更高，每秒种测距达到1000次以上；如果配合其他移 动装置，可以实现全方位的连续高速测距。
[0014] 2)本实用新型结构简单，用户成本低，在通信、航空、智能家居，尤其是机器人测距 领域有很高的应用价值。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型所述的高速激光测距装置结构示意图
[0016] 图2为本实用新型所述的高速激光测距装置侧视图
[0017] 图3为本实用新型所述的激光测距方法原理图
[0018] 图4为二值化处理后的激光光斑对应的线段图像效果图
[0019] 图5为近距离拍照的不完整光斑对应的线段图像示意图
[0020] 图中符号表示:激光发射器；2 :DSP电路；3 :FIF0模块；4 :成像透镜；5 :线阵 CXD图像传感器；6 :连接导线；7 :基座；8 :DSP处理单元；9 :滤光片
[0021] a-近距离光斑对应的线段图像；b-远距离光斑对应的线段图像；C-中距离光斑对 应的线段图像
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
[0023] 如图1所示，一种基于线阵C⑶的激光测距装置，该装置包括激光发射器1、成像透 镜组4、线阵C⑶图像传感器5及DSP处理单元8 ;激光发射器1发出激光光束照射到待测 目标物体表面，发生漫反射，反射的光斑与当前视场角内的物体经成像透镜组4共同成像 于线阵CCD图像传感器5上，激光光斑成像为一段高亮度线段，其他背景成像为比较低亮度 的数据，线阵CCD图像传感器5把图像数据传输给DSP处理单元8,实现光信号转换为电信 号，经DSP处理单元8采集光斑映射所成的高亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离。
[0024] DSP处理单元8包括FIFO模块3、连接导线6、DSP电路2 ;成像透镜组4进一步包 括一滤光片9,滤光片9安装在所述透镜组4前端，用以滤掉特定波长的光。
[0025] 如图2所示，该测距装置进一步包括一基座7，所述激光发射器I、成像透镜组4、线 阵C⑶图像传感器5及DSP处理单元8固定在该基座上，基座8与线阵CXD图像传感器所 在平面所成角度的范围为8Γ~86°，本实施例中优选84. 3° ;
[0026] 所述激光发射器1到所述成像透镜组4的距离范围为3cm~9cm，本实施例中优选 5 cm。
[0027] 具体来说，本实用新型还提供一种上述激光测距装置的测距方法：
[0028] 如图3所示，上述高速激光测距装置的测距方法为：
[0029] 1)调整激光发射器，使激光发射方向与线阵CCD图像传感器所在平面所成角度为 84. 3°，从激光发射器A发出的激光束照射到待测目标物体C表面发生漫反射，反射的光 斑与当前视场角内的物体经成像透镜组共同成像于线阵CCD图像传感器上，激光光斑成像 为一段高亮度线段，其他背景成像为比较低亮度的数据，线阵CCD图像传感器记录对应方 向的一行数字图像数据，该行图像记录了当前时间镜头视场角内的数字化了的一行图像数 据，将这一行图像数据传输给DSP处理单元，实现光信号转换为电信号；
[0030] 2)DSP处理单元对步骤1)中的一行图像数据进行处理，首先进行数据平滑消除噪 点，而后设定门限进行二值化，图4为二值化处理后的激光光斑对应的线段图像效果图；再 将所有二值化后判定为高亮度线段的坐标点加起来进行平均，最后可以得到一个（Y)的坐 标值，这个坐标值就是质心点所在位置，质心坐标Y对应从成像照片最下方开始数第η个 占 .
[0031] 假设激光发射到目标物体上，在目标物体上形成的光斑比较固定，那么在线阵CCD 上成像时，在不同的距离成像的光斑对应的线段图像的长短也不同，在近距离，成像的光斑 对应的线段图像的长，线段长度可能为几十个像素点；在远距离，例如5米处，成像的光斑 对应的线段短，线段长度可能只有几个像素点；记录下在不同距离的光斑对应的线段长短 特性和距离的关系作为自校准指标，对于不符合该特性的测量可以判定为是一次失败的测 距，丢弃本次测距。
[0032] 3)已知激光发射器到线阵CXD镜头组的距离ρ和镜头组的视场角2 α，带入公式 计算出待测距离Cl1
【主权项】
1. 一种基于线阵CCD的高速激光测距装置，该激光测距装置包括激光发射器、成像透 镜组、线阵CXD图像传感器及DSP处理单元；激光发射器设置在线阵C⑶图像传感器的延 长线上；激光发射器的发射方向与线阵CCD图像传感器所在平面成一定角度；激光发射器 到CCD图像传感器中心的距离为一特定值；激光束照射到目标物体表面，发生漫反射，反射 的光斑与当前视场角内的物体经成像透镜组共同成像于线阵CCD图像传感器上，激光光斑 成像为一段高亮度线段，其他背景成像为比较低亮度的数据，实现光信号转换为电信号，经 DSP处理单元采集光斑映射所成的高亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离。
2. 根据权利要求1所述的高速激光测距装置，其特征在于：所述的DSP处理单元包括 FIFO模块、连接导线、DSP电路。
3. 根据权利要求1所述的高速激光测距装置，其特征在于：所述的成像透镜组进一步 包括一滤光片； 所述滤光片安装在所述成像透镜组前端，用以滤掉特定波长的光。
4. 根据权利要求1所述的高速激光测距装置，其特征在于：所述的测距装置进一步包 括一基座，所述激光发射器、成像透镜组、线阵CCD图像传感器及DSP处理单元固定在该基 座上。
5. 根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于：所述激光发射器的发射方向与 所述线阵C⑶图像传感器所在平面所成角度的范围为81°~86°。
6. 根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于：所述激光发射器到所述CCD图 像传感器中心的距离范围为3cm~9cm。
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于线阵CCD的高速激光测距装置，该激光测距装置包括激光发射器、成像透镜组、线阵CCD图像传感器及DSP处理单元；激光发射器设置在线阵CCD图像传感器的延长线上，激光发射器的发射方向与线阵CCD图像传感器所在平面成某一角度；激光发射器到线阵CCD图像传感器中心的距离为一特定值；激光束照射到目标物体表面，发生漫反射，反射的光斑与当前视场角内的物体经成像透镜组共同成像于线阵CCD图像传感器上，经DSP处理单元采集光斑映射所成的高亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离；本实用新型结构简单，用户成本低；测距方式快速、灵敏，如果配合其他移动装置，可以实现全方位的连续高速测距。
【IPC分类】G01S11-12, G01C3-08
【公开号】CN204422751
【申请号】CN201520120732
【发明人】孙放, 廖鸿宇, 周煦潼, 明安龙
【申请人】北京雷动云合智能技术有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月2日