專利名稱：激光測距裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測距技術(shù)，尤其涉及一種激光測距裝置及方法。
背景技術(shù)：
一般來說，激光測距的光信號接收時主要方法有直接接收和反射接收。在直接接收方面 ，由于對設(shè)備的要求高，因而這些設(shè)備的造價大多相當?shù)陌嘿F，多用于航天等高科技領(lǐng)域， 很少用于民用。目前用于民用的激光測距技術(shù)多采用反射接收，在較長時間內(nèi)多次反射后取 平均值測量距離。然而在反射接收時，又由于光信號強度較直接接收小，距離較遠時相當微 弱，接收和處理時難度較大，接收裝置成本昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種低成本的直接接收光信號的激光測距裝置及方法。 一種激光測距裝置，其包括激光發(fā)射組件、影像感測器、處理器及存儲器。所述激光發(fā) 射組件發(fā)射多束測量激光束，該測量激光束由同一點向四周以輻射的方式投射，所述激光發(fā) 射組件還發(fā)射兩束標尺激光束，該標尺激光束平行于所述多束測量激光束中心軸。所述處理 器包括激光控制模塊，用于控制激光發(fā)射組件的開啟和關(guān)閉；激光發(fā)射參數(shù)獲取模塊，用 于獲取激光發(fā)射時所述測量激光束兩兩之間夾角及所述標尺激光束之間的間距；圖像獲取模 塊，用于獲取影像感測器拍攝的激光發(fā)射前后的圖像；圖像存儲模塊，用于將激光發(fā)射前后 拍攝的圖像存儲于存儲器中；激光點提取模塊，用于根據(jù)激光發(fā)射前后的圖像對比提取各激 光束在圖像中投射的激光點的位置；及測距模塊，用于根據(jù)所述各激光點在圖像中的位置、 所述測量激光束之間的夾角及所述標尺激光束的間距計算出激光測距裝置與被測物體之間的 距離。
一種激光測距方法，包括以下步驟發(fā)射多束向四周以輻射方式投射的測量激光束及兩 束平行的標尺激光束；拍攝具有激光投射點的圖像；關(guān)閉激光束；拍攝不具有激光投射點的 圖像；提取圖像中激光投射點位置信息；根據(jù)所述各激光點在圖像中的位置、所述測量激光 束之間的夾角及所述標尺激光束的間距計算出測距裝置與被測物體之間的距離。
由于激光測距裝置可以直接根據(jù)拍攝的圖像中各激光束投射的點的位置及激光束發(fā)射的 角度、距離，計算出被測物體與激光發(fā)射處的距離，所以無需昂貴的接收裝置，大大節(jié)省了 成本。


圖l是本發(fā)明提供的激光測距裝置的硬件架構(gòu)圖。 圖2是本發(fā)明提供的激光測距裝置的測距過程示意圖。 圖3是本發(fā)明提供的激光測距裝置的處理器的功能模塊圖。 圖4是本發(fā)明提供的激光測距裝置的測距方法流程圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1及圖2，激光測距裝置100可以用于攝像裝置的輔助測量、自動行動裝置中的 測距、汽車防撞系統(tǒng)中的運用及洞穴內(nèi)部空間勘探測量等。
所述激光測距裝置100包括激光發(fā)射組件10、影像感測器20、處理器30、存儲器40、激 光調(diào)節(jié)裝置50及轉(zhuǎn)動裝置60 。
所述激光發(fā)射組件10發(fā)射多束由同一點向四周以輻射方式投射的測量激光束La及平行于 所述測量激光束La的中心軸M的標尺激光束Lb。在本實施方式中，所述激光發(fā)射組件10發(fā)射 三束測量激光束La及兩束標尺激光束Lb。所述測量激光束La由同一點向四周以輻射的方式投 射。所述測量激光束La中各激光束之間的夾角為第一夾角c^、第二夾角a2及第三夾角a3。 在本實施方式中，所述測量激光束La中夾角兩兩相等均為a 。所述標尺激光束Lb平行于所述 測量激光束La中心軸M。
所述激光調(diào)節(jié)裝置50，用于調(diào)節(jié)激光的輸出強度、標尺激光束Lb發(fā)射時的間距a及測量 激光束La兩兩之間的夾角a 。在本實施方式中，當被測物體90距離較近時，激光調(diào)節(jié)裝置 50降低激光的輸出強度，減小標尺激光束Lb發(fā)射時的間距a，減小測量激光束La兩兩之間的 夾角a。防止激光點超出取景范圍。當被測物體90距離較遠時，激光調(diào)節(jié)裝置50增強激光的 輸出強度，增大標尺激光束Lb發(fā)射時的間距a，增大測量激光束La兩兩之間的夾角a 。保證 激光點在圖像中的間距不至于過小，影響精度。
所述轉(zhuǎn)動裝置60，用于將激光向不同的方向發(fā)射，對不同方位進行測距。在洞穴內(nèi)部空 間勘探測量時，為了獲得洞穴的立體模型，需對洞穴壁進行測量，所以利用轉(zhuǎn)動裝置60，使 得激光向不同的方向發(fā)射，對不同方位進行測距，獲取不同方位的距離，再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù) 構(gòu)建洞穴的空間模型。
處理器30用于根據(jù)所述各激光點在圖像中的位置、所述測量激光束La之間的夾角a及所 述標尺激光束Lb的間距a計算出激光測距裝置100與被測物體90之間的距離。存儲器40用于存 儲拍攝激光發(fā)射前后的圖片。
5請參閱圖3，所述處理器30包括激光發(fā)射參數(shù)獲取模塊31、激光控制模塊32，圖像獲 取模塊33，圖像存儲模塊34，激光點提取模塊35，激光調(diào)節(jié)模塊36，測距模塊37、傾角測量 模塊38及空間測量模塊39。
激光發(fā)射參數(shù)獲取模塊31，用于獲取激光發(fā)射時所述測量激光束La兩兩夾角a及所述標 尺激光束Lb之間的間距a。在本實施方式中，由于所述測量激光束La兩兩夾角a相等，所以 獲取一個即可?？刂颇K32，用于控制激光發(fā)射組件10的開啟和關(guān)閉。圖像獲取模塊33，用 于獲取影像感測器20拍攝的激光發(fā)射前后的圖像。圖像存儲模塊34，用于將激光發(fā)射前后拍 攝的圖像存儲于存儲器40中。激光點提取模塊35，用于根據(jù)激光發(fā)射前后的圖像對比提取各 激光束在圖像中投射的激光點的位置。所述激光點提取模塊35根據(jù)沒有發(fā)射激光時的圖像及 發(fā)射激光后的圖像中相同像素處的亮度及顏色對比找到圖像中激光點的位置，并獲得三個測 量激光點所圍成的三角形的內(nèi)角及標尺激光Lb兩點間的像素數(shù)。
激光調(diào)節(jié)模塊36，用于根據(jù)圖像中激光投射點所占圖像的比例控制激光調(diào)節(jié)裝置。為了 保證精度，若圖像中激光投射點間距太小，則控制激光調(diào)節(jié)裝置50增大測量激光束La的夾角 a及標尺激光束Lb的間距a。若圖像中激光投射點間距太大，則控制激光調(diào)節(jié)裝置50減小測 量激光束La的夾角a及標尺激光束Lb的間距a，保證激光投射點位于取景范圍內(nèi)。
測距模塊37，用于根據(jù)所述各激光點在圖像中的位置、所述測量激光束La之間的夾角a 及所述標尺激光束Lb的間距a計算出激光測距裝置100與被測物體90之間的距離。所述測距模 塊37利用所述標尺激光束Lb之間的間距a與圖像中該所述標尺激光束Lb投射的點之間的像素 數(shù)之間的比例關(guān)系，及圖像中所述標尺激光束Lb投射的點間的像素數(shù)與圖像中所述測量激光 束投射La的點間的像素數(shù)之間的比例，計算出測量激光束La投射點之間的實際間距。由于測 量激光束La與投射在被測物體上的三角形在空間上圍成正三棱錐，利用激光發(fā)射參數(shù)獲取模 塊31獲取的激光發(fā)射時所述測量激光束La兩兩夾角a及所述測量激光束La投射點各點之間的 實際間距a及測量激光束La圍成的三角形的內(nèi)角，利用立體幾何算法，算出正三棱錐側(cè)面及 底面三角形的高，利用勾股定理計算出該正三棱錐的高，該值為該正三棱錐的頂點到該三棱 錐底面的沿三束測量激光束La中心軸M方向的距離，即物體90與激光測距裝置100的距離。
傾角測量模塊38，用于根據(jù)所述所述測量激光束La投射點在圖像中的位置及所述測量激 光束La之間的夾角a計算出所述投射的激光點所在的平面與所述測量激光束La中心軸M之間 的夾角e。在本實施方式中，根據(jù)測量激光束La與投射在被測物體90上的三角形在空間上圍 成正三棱錐，利用激光發(fā)射參數(shù)獲取模塊31獲取的激光發(fā)射時所述測量激光束La兩兩夾角a 及所述測量激光束La投射點各點之間的實際間距a及圍成的三角形的內(nèi)角，構(gòu)建出該正三棱錐的數(shù)學(xué)模型，利用所述測量激光束La投射點連線構(gòu)成的三角形的變形量，計算出所述投射 的激光點所在的平面與所述測量激光束La中心軸M之間的夾角{3 。
當在洞穴內(nèi)部空間勘探測量時，空間測量模塊39，用于控制轉(zhuǎn)動裝置60對不同方位進行 測量，并根據(jù)不同方位獲取的距離，利用三維圖形構(gòu)建算法，構(gòu)建立體空間模型。本激光測 距裝置100利用根據(jù)各個激光投射點測得的平面及該平面與激光測距裝置100的距離，通過三 維圖形構(gòu)建算法，將所有位置進行組合，構(gòu)建出該洞穴的內(nèi)部模型。
請參閱圖4，為本發(fā)明激光測量方法的流程圖。
步驟S11:發(fā)射多束向四周以輻射方式投射的測量激光束La及兩束平行的標尺激光束Lb 。在本實施方式中，所述多束激光束為三束。 步驟S13:拍攝具有激光投射點的圖像。 步驟S15:關(guān)閉激光束。 步驟S17:拍攝不具有激光投射點的圖像。
步驟S21:提取圖像中激光投射點位置信息。在本實施方式中，根據(jù)沒有發(fā)射激光時的
圖像及發(fā)射激光后的圖像中相同像素處的亮度及顏色對比找到圖像中激光點的位置，并獲得
三個測量激光束La的投射點所圍成的三角形的內(nèi)角及標尺激光束Lb的投射點之間的像素數(shù)。
步驟S25:計算距離。在本實施方式中，利用所述標尺激光束Lb之間的間距a與圖像中該 所述標尺激光束Lb投射的點之間的像素數(shù)之間的比例關(guān)系，及圖像中所述標尺激光束Lb投射 的點間的像素數(shù)與圖像中所述測量激光束La投射的點間的像素數(shù)之間的比例，計算出測量激 光束La投射點之間的實際間距。由于測量激光束La與投射在被測物體90上的三角形在空間上 圍成正三棱錐，利用激光發(fā)射時所述測量激光束La兩兩夾角a及所述測量激光束La投射點各 點之間的實際間距及測量激光束La投射點圍成的三角形的內(nèi)角，利用幾何算法，算出正三棱 錐側(cè)面及底面三角形的高，利用勾股定理計算出該正三棱錐的高，該值為該正三棱錐的頂點 到該三棱錐底面的沿三束測量激光束La中心軸M方向的距離，即物體90與激光測距裝置100的 距離。
在本發(fā)明激光測量方法中，還可根據(jù)所述激光點在圖像中的位置及所述測量激光束測量 激光束La之間的夾角a計算出所述投射的激光點所在的平面與所述測量激光束La中心軸M之 間的夾角e。在本實施方式中，根據(jù)測量激光束La與投射在被測物體90上的三角形在空間上 圍成正三棱錐，利用激光發(fā)射參數(shù)獲取模塊31獲取的激光發(fā)射時所述測量激光束La兩兩夾角 a及所述測量激光束La投射點各點之間的實際間距及測量激光束La投射點圍成的三角形的內(nèi) 角，構(gòu)建出該正三棱錐的數(shù)學(xué)模型，利用所述測量激光束La投射點連線構(gòu)成的三角形的變形
7量，計算出所述投射的激光點所在的平面與所述測量激光束La中心軸M之間的夾角e 。
由于激光測距裝置可以直接根據(jù)拍攝的圖像中各激光束投射的點的位置及激光束發(fā)射的 角度、距離，計算出被測物體90與激光發(fā)射處的距離，所以無需昂貴的接收裝置，大大節(jié)省 了成本。
可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它 各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種激光測距裝置，其包括激光發(fā)射組件、影像感測器、處理器及存儲器，其特征在于，所述激光發(fā)射組件發(fā)射多束測量激光束，該測量激光束由同一點向四周以輻射的方式投射，所述激光發(fā)射組件還發(fā)射兩束標尺激光束，該標尺激光束平行于所述多束測量激光束中心軸，所述處理器包括激光控制模塊，用于控制激光發(fā)射組件的開啟和關(guān)閉；激光發(fā)射參數(shù)獲取模塊，用于獲取激光發(fā)射時所述測量激光束兩兩之間夾角及所述標尺激光束之間的間距；圖像獲取模塊，用于獲取影像感測器拍攝的激光發(fā)射前后的圖像；圖像存儲模塊，用于將激光發(fā)射前后拍攝的圖像存儲于存儲器中；激光點提取模塊，用于根據(jù)激光發(fā)射前后的圖像對比提取各激光束在圖像中投射的激光點的位置；及測距模塊，用于根據(jù)所述各激光點在圖像中的位置、所述測量激光束之間的夾角及所述標尺激光束的間距計算出激光測距裝置與被測物體之間的距離。
2 如權(quán)利要求l所述的激光測距裝置，其特征在于，所述測量激光束為三束。
3 如權(quán)利要求2所述的激光測距裝置，其特征在于，所述測量激光 束兩兩之間夾角相等。
4 如權(quán)利要求l所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光測距 裝置還包括一個激光調(diào)節(jié)裝置，該裝置用于調(diào)節(jié)激光的輸出強度、標尺激光束發(fā)射時的間距 及測量激光束兩兩之間的夾角，所述處理器還包括激光調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)圖像中激光投射 點所占圖像的比例控制激光調(diào)節(jié)裝置。
5 如權(quán)利要求l所述的激光測距裝置，其特征在于，所述處理器還 包括傾角測量模塊，用于根據(jù)所述激光點在圖像中的位置及所述測量激光束之間的夾角計算 出所述投射的激光點所在的平面與所述測量激光束中心軸之間的夾角。
6 如權(quán)利要求l所述的激光測距裝置，其特征在于，所述激光測距 裝置還包括一個轉(zhuǎn)動裝置，用于將激光向不同的方向發(fā)射，對不同方位進行測距，所述處理 器還包括空間測量模塊，用于控制轉(zhuǎn)動裝置對不同方位進行測量，并根據(jù)不同方位獲取的距 離，利用三維圖形構(gòu)建算法，構(gòu)建立體空間模型。
7 一種激光測距方法，包括以下步驟 發(fā)射多束向四周以輻射方式投射的測量激光束及兩束平行的標尺激光束； 拍攝具有激光投射點的圖像； 關(guān)閉激光束；拍攝不具有激光投射點的圖像； 提取圖像中激光投射點位置信息；根據(jù)所述各激光點在圖像中的位置、所述測量激光束之間的夾角及所述標尺激光束的 間距計算出所述激光測距裝置與被測物體之間的距離。
8 如權(quán)利要求7所述的激光測距方法，其特征在于，所述多束由同 一點以輻射方式投射出的測量激光束為三束。
9 如權(quán)利要求8所述的激光測距方法，其特征在于，所述多束由同 一點以輻射方式投射出的激光束之間的兩兩夾角相等。
10 如權(quán)利要求7所述的激光測距方法，其特征在于，該激光測距方 法還根據(jù)所述激光點在圖像中的位置及所述測量激光束之間的夾角計算出所述投射的激光點 所在的平面與所述測量激光束中心軸之間的夾角。
11 如權(quán)利要求7所述的激光測距方法，其特征在于，所述提取圖像 中激光投射點的位置信息的步驟中，根據(jù)發(fā)射激光前后的圖像對比獲取激光投射點在圖像中 的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光測距裝置，其包括激光發(fā)射組件、影像感測器、處理器及存儲器。所述激光發(fā)射組件發(fā)射多束測量激光束，該測量激光束由同一點向四周以輻射方式投射，所述激光發(fā)射組件還發(fā)射兩束標尺激光束，該標尺激光束平行于所述多束測量激光束中心軸。所述處理器包括激光控制模塊，用于控制激光的發(fā)射和關(guān)閉。激光發(fā)射參數(shù)獲取模塊，用于獲取測量激光束兩兩之間夾角及標尺激光束之間的間距。圖像獲取模塊，用于獲取激光發(fā)射前后的圖像。圖像存儲模塊，用于將圖像存儲于存儲器中。激光點提取模塊，用于提取各激光束在圖像中投射的激光點的位置。測距模塊，用于計算出激光測距裝置與被測物體之間的距離。另，本發(fā)明還提供一種激光測距方法。
文檔編號G01C3/24GK101451833SQ20071020280
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者陳水燕 申請人:佛山普立華科技有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司