專利名稱：激光測(cè)距的信號(hào)處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與激光測(cè)距儀有關(guān)，特別是提供一種激光測(cè)距儀的信號(hào)處理方法及裝置，其是在不提高取樣頻率及取樣次數(shù)的前提下，有效提升激光測(cè)距儀的精確度，并節(jié)省激光測(cè)距儀所須的存儲(chǔ)器。
激光測(cè)距儀(Laser Range Finde)是測(cè)量距離的重要裝置之一，習(xí)用的激光測(cè)距儀是使用一脈沖(pulse)型態(tài)的激光發(fā)射器來(lái)發(fā)射約10ns-20ns的激光脈沖(laser pulse)至一目標(biāo)物上。由該目標(biāo)物來(lái)反射的激光信號(hào)經(jīng)由一激光接收器(laser receiver)來(lái)接收，并藉由下列公式(1)來(lái)計(jì)算出距離Td＝2L/C………………………………………………(1)公式(1)式中L代表該激光測(cè)距儀與目標(biāo)物間的距離，C代表光速，Td代表發(fā)射激光脈沖與接收到的激光脈沖間的延遲時(shí)間。根據(jù)公式(1)來(lái)測(cè)量Td可計(jì)算出精確的距離。為了要精確的測(cè)量Td，需要盡可能的將激光發(fā)射功率增強(qiáng)，或是將激光接收器所接收到由日光及陽(yáng)光所產(chǎn)生的雜訊排除掉。美國(guó)專利第3,644,740號(hào)案是揭露一接收電路，藉由控制該接收電路的電路偏壓來(lái)取得錯(cuò)誤警報(bào)，進(jìn)而改善該接收電路的信號(hào)-雜訊比。美國(guó)專利第4,569,599號(hào)案是揭露一計(jì)時(shí)(counting)控制技術(shù)，用以偵測(cè)距離信號(hào)。美國(guó)專利第4,770,526號(hào)案是揭露一技術(shù)，藉由放大時(shí)間延遲信號(hào)來(lái)增加距離偵測(cè)的結(jié)果值。另外，一數(shù)字測(cè)距的技術(shù)亦揭露于美國(guó)專利第3,959,641號(hào)案中，用以降低激光接收器的臨界電壓，藉以增加測(cè)量距離。
為了因應(yīng)不同的狀況，美國(guó)專利5,612,779中還揭出一種可自動(dòng)調(diào)整門檻電壓(Threshold Voltage)的設(shè)計(jì)。在該前案中，門檻電壓可隨目標(biāo)物的反射信號(hào)強(qiáng)度變化，務(wù)使在不同環(huán)境中，仍可設(shè)定出一介于雜訊及目標(biāo)物信號(hào)強(qiáng)度之間的門檻電壓。上述專利案件的主要功效在于增加測(cè)量距離以及精準(zhǔn)度。
欲提升激光測(cè)距儀的接收能力及量測(cè)的精確度，常見(jiàn)的作法為采用高速取樣統(tǒng)計(jì)法和提高取樣頻率及取樣次數(shù)，以使取樣所得的時(shí)間點(diǎn)更接近于實(shí)際接收反射激光信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)，利用該時(shí)間資料進(jìn)行計(jì)算即可得到更精確的距離資料；然此法卻有下列缺點(diǎn)1.在取樣過(guò)程中須將取樣的各個(gè)參考點(diǎn)記錄下來(lái)，故對(duì)相同測(cè)距區(qū)間而言，取樣頻率越高須設(shè)置存儲(chǔ)器容量越大，而增加取樣次數(shù)亦會(huì)占用較大的儲(chǔ)存空間，故須較大容量的存儲(chǔ)器，此亦提高了制造成本；2.提高取樣頻率及取樣次數(shù)須使用更高速的元件，其成本較高且耗電量較大。
本發(fā)明的主要目的即在提供一種激光測(cè)距的信號(hào)處理方法及裝置，其可在相同測(cè)距區(qū)間，不提高取樣頻率的前提下，大幅提升測(cè)距精確度。
本發(fā)明的次一目的乃在提供一種激光測(cè)距的信號(hào)處理方法及裝置，其可在相同測(cè)距區(qū)間中，分割多塊量測(cè)區(qū)間，使所需的存儲(chǔ)器容量大量降低，進(jìn)而節(jié)省成本。
緣是，依據(jù)本發(fā)明所提供的一種激光測(cè)距的信號(hào)處理方法及裝置，其方法包含有下列步驟A.設(shè)定量測(cè)區(qū)塊數(shù)及激光發(fā)射次數(shù)B.自第一量測(cè)區(qū)塊開(kāi)始，依序于每一區(qū)塊針對(duì)激光反射信號(hào)取樣統(tǒng)計(jì)，藉以找出目標(biāo)物位于那一區(qū)塊；C.在目標(biāo)物所在的區(qū)塊，發(fā)射預(yù)定延遲時(shí)間的激光光，對(duì)反射的激光信號(hào)加以取樣運(yùn)算處理，藉以更精密計(jì)算出激光測(cè)距儀與該目標(biāo)物的距離；藉此，在不提高取樣頻率及取樣次數(shù)的前提下，可有效提升激光測(cè)距儀的精確度，并節(jié)省激光測(cè)距儀所須的存儲(chǔ)器。
其中步驟3的詳細(xì)步驟為b1.以激光測(cè)距儀發(fā)射預(yù)定次數(shù)的激光光b2.于每一發(fā)射事件中，以取樣頻率Ts持續(xù)取樣的方式，找出激光反射信號(hào)；b3.累積各個(gè)發(fā)射事件的激光反射信號(hào)，判斷出目標(biāo)物是否位于該區(qū)塊。
其中步驟C的詳細(xì)步驟為c1.發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)；c2.至少一次延遲預(yù)定時(shí)間Tk發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)，其中Tk的時(shí)間間隔是小于取樣間隔時(shí)間Ts；c3藉由上述不同時(shí)間的發(fā)射事件所得的激光反射信號(hào)，得出目標(biāo)物與激光測(cè)距儀間的距離。
其中于步驟C中，是以每次延遲Ts/4的周期來(lái)發(fā)射激光信號(hào)，而可得出入，Ts/4，Ts/2，3Ts/4四種不同的激光發(fā)射時(shí)間，將各該發(fā)射事件的激光反射信號(hào)予以比對(duì)，即可得出由目標(biāo)物所反射的激光信號(hào)。
本發(fā)明一種激光測(cè)距裝置，其特征在于，包含有一時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)脈；一微處理機(jī)單元，連接于該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路；一可程序延遲單元，連接于該微處理機(jī)單元及該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路，得受該徵處理機(jī)單元的控制而決定是否發(fā)出延遲控制信號(hào)；一激光發(fā)射電路，連接于該可程序延遲單元，受該可程序延遲單元的控制而發(fā)出激光光；一激光接收電路，用以接收反射的激光信號(hào)；一比較電路，連接于該激光接收電路，用以對(duì)該激光接收電路所接收的信號(hào)進(jìn)行比較，并用以將的放大、整形；一存儲(chǔ)器，連接于該微處理機(jī)單元，用以供其計(jì)算統(tǒng)計(jì)之用。
其中還包含有一高速移位暫存器，連接于該比較電路及該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路，用以快速儲(chǔ)存該比較電路的信號(hào)。
藉此，在不提高取樣頻率及取樣次數(shù)的前提下，可有效提升激光測(cè)距儀的精確度，并節(jié)省激光測(cè)距儀所須的存儲(chǔ)器。
有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，特征及功效，以下茲舉一較佳實(shí)施例，并配合圖式作進(jìn)一步的說(shuō)明，其中

圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的步驟圖；圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的分割區(qū)塊取樣示意圖；圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的針對(duì)目標(biāo)物所在的第三區(qū)塊的取樣說(shuō)明；圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的另一取樣說(shuō)明圖，顯示延遲Ts/4時(shí)間發(fā)射激光光后的取樣狀態(tài)；圖5是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的另一取樣說(shuō)明圖，顯示延遲Ts/2時(shí)間發(fā)射激光光后的取樣狀態(tài)；圖6是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的另一取樣說(shuō)明圖，顯示延遲3Ts/4時(shí)間發(fā)射激光光后的取樣狀態(tài)；
圖7是本發(fā)明一較佳實(shí)施例關(guān)于步驟B的動(dòng)作流程圖；圖8是本發(fā)明一較佳實(shí)施例關(guān)于步驟C的動(dòng)作流程圖；圖9是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的電路方塊圖。
請(qǐng)參閱圖1至圖6，本發(fā)明一較佳實(shí)施例所提供的一種激光測(cè)距的信號(hào)處理方法，包含有下列步驟A.設(shè)定量測(cè)區(qū)塊數(shù)及激光發(fā)射次數(shù)將激光測(cè)距的總?cè)訒r(shí)間TT分為四區(qū)塊，并設(shè)定每一區(qū)塊中發(fā)射10次激光光；B.如圖2所示，自第一量測(cè)區(qū)塊開(kāi)始，依序于每一區(qū)塊中對(duì)激光反射信號(hào)取樣統(tǒng)計(jì)，藉以找出目標(biāo)物位于那一區(qū)塊，以下為在每一區(qū)塊中的詳細(xì)步驟b1.以激光發(fā)射器發(fā)射10次激光光b2.在每一次發(fā)射事件中，以取樣頻率Ts持續(xù)取樣的方式，取得激光反射信號(hào)，其中，激光反射信號(hào)有可能是目標(biāo)物所反射的激光信號(hào)，亦有可能是雜訊；b3.將取得的激光反射信號(hào)依其對(duì)應(yīng)地址累加至存儲(chǔ)器中；在步驟B，的該10次發(fā)射事件中，由于雜訊幾乎不會(huì)一直出現(xiàn)在固定位置，藉由統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性計(jì)算，即可判斷出目標(biāo)物是否位于該區(qū)塊；C.在目標(biāo)物所在的區(qū)塊，發(fā)射預(yù)定延遲時(shí)間的激光光，對(duì)反射的激光信號(hào)加以運(yùn)算處理，藉以判斷出激光測(cè)距儀與該目標(biāo)物的距離，其詳細(xì)步驟為c1，發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)，并記錄于存儲(chǔ)器，圖3是為一時(shí)序圖，顯示發(fā)射激光光301、所接收的反射激光信號(hào)302、大于預(yù)定強(qiáng)度的信號(hào)303、第三區(qū)塊的取樣信號(hào)304、以及取樣后儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器中的距離信號(hào)對(duì)應(yīng)位置305；c2.延遲Ts/4時(shí)間(即Tk)發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)，取得的反射信號(hào)是如圖4所示，圖中403是代表第三區(qū)塊的信號(hào)，404是代表第三區(qū)塊的取樣信號(hào)，405是代表取樣后儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器中的距離信號(hào)對(duì)應(yīng)位置；如此反復(fù)延遲Ts/4時(shí)間(即Tk)發(fā)射激光光，藉由統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性求出信號(hào)所在的儲(chǔ)存位置M10；
再延遲Ts/2時(shí)間(即2Tk)發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)，取得的反射信號(hào)是如圖5所示藉由統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性，求出信號(hào)所在的儲(chǔ)存位置M10；再延遲3Ts/4時(shí)間(即3Tk)發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)，取得的反射信號(hào)是如圖6所示；藉由統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性，求出信號(hào)所在的儲(chǔ)存位置M10；c3.比較圖3至圖6的305、405、505、605可歸納出，圖3的距離信號(hào)的時(shí)間差為(B3+8)×Ts，而圖4至圖6的距離信號(hào)的時(shí)間差均為(B3+9)×Ts，其中B3是指第三區(qū)塊；再將該未延遲、延遲Ts/4時(shí)間、延遲Ts/2間、延遲3Ts/4時(shí)間的信號(hào)以下列算式2算出距離L＝(4×B3+8+9+9+9)×Ts/4×C/2-ΔL……(2)其中B3為第三區(qū)塊的起始位置；Ts為取樣周期；C為光速；ΔL為距離修正量；藉此，可算出目標(biāo)物與激光測(cè)距儀間的距離L。
圖7是本發(fā)明關(guān)于步驟B的執(zhí)行工作流程，其中，704是指設(shè)定發(fā)射次數(shù)為 0次，708-712是指將累加值與最大值相比較，而決定出目標(biāo)物是否位于該區(qū)塊。
圖8則是本發(fā)明關(guān)于步驟C的執(zhí)行工作流程，其中。802是指設(shè)定延遲時(shí)間，803是指設(shè)定發(fā)射次數(shù)，809是指判斷目標(biāo)物位于該區(qū)塊的何位置，811則是指依算式(2)計(jì)算出目標(biāo)物距離。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D9，是為一種激光測(cè)距裝置900，乃本發(fā)明所提供方法的實(shí)際應(yīng)用，該激光測(cè)距裝置900主要是由一時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路913、一微處理機(jī)單元911、一可程序延遲單元912、一激光發(fā)射電路903、一激光接收電路904、一比較電路905、以及一存儲(chǔ)器915所組成，其中該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路913，用以產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)序量測(cè)區(qū)間，及時(shí)脈取樣周期Ts的信號(hào)，于本實(shí)施例中的系統(tǒng)時(shí)脈是取樣周期Ts；該可程序延遲單元912，連接于該微處理機(jī)單元911，受該微處理機(jī)單元911的控制而決定是否發(fā)出延遲控制信號(hào)及延遲時(shí)間；
該激光發(fā)射電路903，連接于該可程序延遲單元912，受該可程序延遲單元912的控制而發(fā)出預(yù)設(shè)延遲激光光；該激光接收電路904，用以接收反射的激光信號(hào)；該比較電路905，連接于該激光接收電路904，用以對(duì)該激光接收電路904所接收的信號(hào)進(jìn)行比較，并用以將的放大、整形；一高速移位暫存器914，連接于該比較電路905及該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路913，用以快速儲(chǔ)存該比較電路的信號(hào)；該存儲(chǔ)器915，連接于微處理機(jī)單元911與該高速移位暫存器914，該微處理機(jī)單元911得將該高速移位暫存器914內(nèi)部資料，經(jīng)過(guò)計(jì)算累加后儲(chǔ)存于該存儲(chǔ)器915中；藉此，于工作時(shí)，是由該微處理機(jī)單元911控制該激光發(fā)射電路903來(lái)發(fā)射激光光于目標(biāo)物，而后透過(guò)該激光接收電路904來(lái)接收目標(biāo)物所反射的激光信號(hào)及雜訊信號(hào)，再經(jīng)由該比較電路905將大于預(yù)定強(qiáng)度的信號(hào)整形如圖3的303所示，圖中TN1-6為雜訊，TS為目標(biāo)信號(hào)；再以取樣周期Ts取樣，讀入該高速移位暫存器914中，并依序累計(jì)存入該存儲(chǔ)器915內(nèi)，其內(nèi)容是如圖3的305所示在需要延遲時(shí)，該微處理機(jī)單元是設(shè)定該延遲單元的延遲時(shí)間分別為Ts/4、Ts/2、以及3Ts/4，藉以控制該發(fā)射器延遲預(yù)定時(shí)間發(fā)射激光光，進(jìn)而讓接收的距離信號(hào)產(chǎn)生一時(shí)間差，而得以上述的方法計(jì)算出較為精準(zhǔn)的距離。
綜合以上所述可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于一、節(jié)省存儲(chǔ)器成本由于本發(fā)明是將總?cè)訒r(shí)間分割為若干區(qū)塊，因此所需的存儲(chǔ)器空間為習(xí)用者的一半以下，亦即，本發(fā)明所需的存儲(chǔ)器較習(xí)用者為少，所需的成本亦相對(duì)較低。
二、提高精度但不增加成本本發(fā)明利用延遲發(fā)射激光光的方式取得距離信號(hào)的時(shí)間差，進(jìn)而得出較為精準(zhǔn)的目標(biāo)物距離，換言之，本發(fā)明并非以提高取樣頻率和換裝更高速的元件來(lái)達(dá)到提升精度的目的，而是利用現(xiàn)有的元件，巧妙的以延遲發(fā)射的方式取得時(shí)間差后經(jīng)由計(jì)算取得更為精確的距離值，故本發(fā)明是在不提高成本的前提下提升了測(cè)距精度，明顯具有功效上的增進(jìn)。
綜上所述，本發(fā)明的激光測(cè)距的信號(hào)處理方法及裝置，其具有前述優(yōu)于習(xí)用者的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性及進(jìn)步性自己毋庸置疑，此外，其亦從來(lái)未被公開(kāi)使用或揭露于各種文獻(xiàn)資料，揆諸發(fā)明專利要件，本案應(yīng)已具備。
權(quán)利要求
1.一種激光測(cè)距的信號(hào)處理方法，其特征在于，包含有下列步驟A.設(shè)定量測(cè)區(qū)塊數(shù)及激光發(fā)射次數(shù)將激光測(cè)距的總?cè)訒r(shí)間TT分為若干區(qū)塊，并設(shè)定每一區(qū)塊中的激光發(fā)射總次數(shù)；B.自第一量測(cè)區(qū)塊開(kāi)始，依序于每一區(qū)塊針對(duì)激光反射信號(hào)取樣統(tǒng)計(jì)，藉以找出目標(biāo)物位于那一區(qū)塊；C.在目標(biāo)物所在的區(qū)塊發(fā)射預(yù)定延遲時(shí)間的激光光，對(duì)反射的激光信號(hào)加以取樣運(yùn)算處理，藉以計(jì)算出激光測(cè)距儀與該目標(biāo)物的距離；藉此，在不提高取樣頻率及取樣次數(shù)的前提下，可有效提升激光測(cè)距儀的精確度，并節(jié)省激光測(cè)距儀所須的存儲(chǔ)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距的信號(hào)處理方法，其特征在于，其中步驟3的詳細(xì)步驟為b1.以激光測(cè)距儀發(fā)射預(yù)定次數(shù)的激光光b2.于每一發(fā)射事件中，以取樣頻率Ts持續(xù)取樣的方式，找出激光反射信號(hào)；b3.累積各個(gè)發(fā)射事件的激光反射信號(hào)，判斷出目標(biāo)物是否位于該區(qū)塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距的信號(hào)處理方法，其特征在于，其中步驟C的詳細(xì)步驟為c1.發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)；c2.至少一次延遲預(yù)定時(shí)間Tk發(fā)射激光光，取樣得出激光反射信號(hào)，其中Tk的時(shí)間間隔是小于取樣間隔時(shí)間Ts；c3藉由上述不同時(shí)間的發(fā)射事件所得的激光反射信號(hào)，得出目標(biāo)物與激光測(cè)距儀間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距的信號(hào)處理方法，其特征在于，其中于步驟C中，是以每次延遲Ts/4的周期來(lái)發(fā)射激光信號(hào)，而可得出入，Ts/4，Ts/2，3Ts/4四種不同的激光發(fā)射時(shí)間，將各該發(fā)射事件的激光反射信號(hào)予以比對(duì)，即可得出由目標(biāo)物所反射的激光信號(hào)。
5.一種激光測(cè)距裝置，其特征在于，包含有一時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)脈；一微處理機(jī)單元，連接于該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路；一可程序延遲單元，連接于該微處理機(jī)單元及該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路，得受該徵處理機(jī)單元的控制而決定是否發(fā)出延遲控制信號(hào)；一激光發(fā)射電路，連接于該可程序延遲單元，受該可程序延遲單元的控制而發(fā)出激光光；一激光接收電路，用以接收反射的激光信號(hào)；一比較電路，連接于該激光接收電路，用以對(duì)該激光接收電路所接收的信號(hào)進(jìn)行比較，并用以將的放大、整形；一存儲(chǔ)器，連接于該微處理機(jī)單元，用以供其計(jì)算統(tǒng)計(jì)之用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種激光測(cè)距裝置，其特征在于，其中還包含有一高速移位暫存器，連接于該比較電路及該時(shí)序區(qū)間產(chǎn)生電路，用以快速儲(chǔ)存該比較電路的信號(hào)。
全文摘要
一種激光測(cè)距的信號(hào)處理方法及裝置,其方法包含有下列步驟:A.設(shè)定量測(cè)區(qū)塊數(shù)及激光發(fā)射次數(shù):B.自第一量測(cè)區(qū)塊開(kāi)始,依序于每一區(qū)塊針對(duì)激光反射信號(hào)取樣統(tǒng)計(jì),藉以找出目標(biāo)物位于那一區(qū)塊;C.在目標(biāo)物所在的區(qū)塊,發(fā)射預(yù)定延遲時(shí)間的激光光,對(duì)反射的激光信號(hào)加以取樣運(yùn)算處理,藉以更精密計(jì)算出激光測(cè)距儀與該目標(biāo)物的距離。
文檔編號(hào)G01S17/10GK1374534SQ01109429
公開(kāi)日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2001年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月9日
發(fā)明者賴以仁, 簡(jiǎn)碧堯, 黃瑞峰, 洪志偉 申請(qǐng)人:亞洲光學(xué)股份有限公司