一種基于普通ccd的低成本激光測距裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種測距方法，尤其涉及一種基于普通CXD的低成本激光測距裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等特征，能大大提高測量精確 度，被廣泛應用在測距裝置上。激光測距方法具有原理簡單、測量速度快、測程遠的特點，目 前，許多室內(nèi)機器人系統(tǒng)，使用激光測距裝置作為主要傳感器，用來畫地圖、定位和避障。
[0003] 通常激光測距裝置包括呈一定角度設(shè)置的激光發(fā)射器和圖像傳感器，圖像傳感器 接收激光發(fā)射器發(fā)射的光線從周邊障礙物反饋回來的光線。根據(jù)鏡頭的不同規(guī)格，其測距 范圍也有所不同，因此需要根據(jù)激光測距裝置測距范圍的需求，采用合適規(guī)格且與圖像傳 感器適配的鏡頭，這樣使得激光測距裝置的成本太高，這些原因大大限制了激光測距傳感 設(shè)備在普通消費機器人，如清潔機器人領(lǐng)域的應用。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型針對上述技術(shù)存在的缺陷，提供了一種基于普通CCD的低成本激光測 距裝置，本實用新型的測距裝置結(jié)構(gòu)簡單，用戶成本低；測距方法快速、靈敏，在通信、航空、 智能家居等測距領(lǐng)域有很高的應用價值。
[0005] 本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種基于普通CXD的低成本激光測距裝 置，其特征在于：該裝置包括激光發(fā)射器、成像透鏡組、CCD圖像傳感器及圖像處理單元；激 光發(fā)射器的發(fā)射方向與CCD圖像傳感器所在平面成某一角度，激光發(fā)射器發(fā)出激光束照射 到待測目標物體表面，發(fā)生漫反射，反射的光斑與當前視場角內(nèi)的物體經(jīng)成像透鏡組共同 成像于CCD圖像傳感器上，實現(xiàn)光信號轉(zhuǎn)換為電信號，CCD圖像傳感器把圖像數(shù)據(jù)傳輸給圖 像處理單元，圖像處理單元采集光斑并計算出待測距離。
[0006] 所述的圖像處理單元包括FIFO模塊、連接導線、處理器DSP電路；C⑶圖像傳感器 輸出的數(shù)字圖像信號，通過連接導線緩存在FIFO模塊，或者直接輸入DSP電路進行處理。
[0007] 該測距裝置進一步包括一基座，所述成像透鏡組、CXD圖像傳感器及圖像處理單元 固定在該基座上。
[0008] 所述激光發(fā)射器的發(fā)射方向與所述CCD圖像傳感器所在平面所成角度的范圍為 81。~86° 〇
[0009] 所述激光發(fā)射器到所述C⑶圖像傳感器中心的距離范圍為3cm~9cm。
[0010] 綜上所述，本實用新型提供一種基于普通C⑶的低成本激光測距裝置，該測距裝 置通過激光發(fā)射器發(fā)出光束照射到待測的目標物體上，從目標物體上反射的光束經(jīng)過普通 CCD圖像傳感器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過圖像處理單元數(shù)據(jù)處理得到待測距離信息，結(jié) 構(gòu)簡單，用戶成本低，在通信、航空、智能家居，尤其是機器人測距領(lǐng)域有很高的應用價值。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型所述的激光測距裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0012] 圖2為本實用新型所述的激光測距裝置結(jié)構(gòu)側(cè)視圖
[0013] 圖3為本實用新型所述的激光測距原理圖
[0014] 圖4為處理后的激光光斑圖像效果圖
[0015] 圖5為近距離拍照的不完整光斑示意圖
[0016] 圖中符號表示：1 :激光發(fā)射器；2 :DSP電路；3 :FIFO模塊；4 :成像透鏡組；5 :CCD 圖像傳感器；6 :連接導線；7 :基座；8 :圖像處理單元
[0017] a-近距離光斑圖像；b-遠距離光斑圖像；C-中距離光斑圖像
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明。
[0019] 如圖1所示，一種基于普通C⑶的低成本激光測距裝置，該裝置包括激光發(fā)射器 1、成像透鏡組4、C⑶圖像傳感器5及圖像處理單元8 ;所述的圖像處理單元8包括FIFO模 塊3、連接導線6、DSP電路2 ;CCD圖像傳感器5輸出的數(shù)字圖像信號，通過連接導線緩存在 FIFO模塊3,或者直接輸入DSP電路2進行處理。
[0020] 如圖2所示，該激光發(fā)射器進一步還包括一基座7,所述成像透鏡組4、(XD圖像傳 感器5及圖像處理單元8固定在該基座7上；所述激光發(fā)射器1的發(fā)射方向與所述CCD圖 像傳感器5所在平面所成角度的范圍為81°~86°，本實施例中優(yōu)選84. 3°。
[0021] 所述激光發(fā)射器1到所述C⑶圖像傳感器5中心的距離范圍為3cm~9cm，本實施 例中優(yōu)選5cm。
[0022] 該測距裝置通過激光發(fā)射器1發(fā)出光束照射到待測的目標物體上，從目標物體上 反射的光束經(jīng)過CCD圖像傳感器4把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過圖像處理單元8數(shù)據(jù)處理 得到待測距離信息，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，用戶成本低，在通信、航空、智能家居，尤其是機器人 測距領(lǐng)域有很高的應用價值。
[0023] 具體來說，本實用新型還提供一種上述激光測距裝置的測距方法：
[0024] 1)從激光發(fā)射器1發(fā)出點狀激光束照射到待測目標物體表面發(fā)生漫反射，反射的 光斑與當前視場角內(nèi)的物體經(jīng)成像透鏡組共同成像于CCD圖像傳感器4上，實現(xiàn)光信號轉(zhuǎn) 換為電信號；
[0025] 2)CCD圖像傳感器4獲取該幀圖像光斑后，首先用數(shù)字算法消除圖像畸變，而后根 據(jù)激光的顏色以及亮度進行平滑，最后進行二值化處理，可以得到如圖4所示的圖像效果 圖，在實測中光斑的邊緣一般不會這么光滑。
[0026] 其中，對于在不同的距離成像的激光斑，通過記錄下在不同距離的光斑大小特性 和距離的關(guān)系作為自校準指標，排除掉錯誤測距。
[0027] 3)對步驟2)中處理的光斑求取質(zhì)心：將所有二值化后判定為高的坐標點，全部坐 標點加起來進行平均，最后可以得到一個（X，Y)的坐標值，這個坐標值就是質(zhì)心點所在位 置，質(zhì)心坐標Y對應從成像照片最下方開始數(shù)第n個點；距離越遠的位置，成像光斑越靠下， 同時光斑占像素點越少；反之，距離越近的位置，成像光斑越靠上，同時光斑占像素點越多。
[0028] 4)計算待測距離，如圖3所示，已知成像透鏡組中心B距激光器A的距離為p，成 像透鏡組的視場角為2 a，整個視場角的拍攝范圍為DF，n為上述圖像中的光斑質(zhì)心坐標Y 對應的點數(shù)，y為CCD成像的總的Y軸點數(shù)，根據(jù)三角形定律，得出如下公式：
【主權(quán)項】
1. 一種基于普通CCD的低成本激光測距裝置，其特征在于：該裝置包括激光發(fā)射器、成 像透鏡組、CCD圖像傳感器及圖像處理單元；激光發(fā)射器的發(fā)射方向與CCD圖像傳感器所在 平面成某一角度，激光發(fā)射器發(fā)出激光束照射到待測目標物體表面，發(fā)生漫反射，反射的光 斑與當前視場角內(nèi)的物體經(jīng)成像透鏡組共同成像于CCD圖像傳感器上，實現(xiàn)光信號轉(zhuǎn)換為 電信號，CCD圖像傳感器把圖像數(shù)據(jù)傳輸給圖像處理單元，圖像處理單元采集光斑并計算出 待測距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于：所述的圖像處理單元包括FIFO 模塊、連接導線、處理器DSP電路；CCD圖像傳感器輸出的數(shù)字圖像信號，通過連接導線緩存 在FIFO模塊，或者直接輸入DSP電路進行處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于：該測距裝置進一步包括一基座， 所述成像透鏡組、CCD圖像傳感器及圖像處理單元固定在該基座上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光測距裝置，其特征在于：所述激光發(fā)射器的發(fā)射方向與 所述C⑶圖像傳感器所在平面所成角度的范圍為81°~86°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距裝置，其特征在于：所述激光發(fā)射器到所述CCD圖 像傳感器中心的距離范圍為3cm~9cm。
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于普通CCD的低成本激光測距裝置，該激光測距裝置包括激光發(fā)射器、成像透鏡組、CCD圖像傳感器及圖像處理單元；激光發(fā)射器的發(fā)射方向與CCD圖像傳感器所在平面成某一角度設(shè)置；激光發(fā)射器到CCD圖像傳感器中心的距離為一特定值；激光束照射到待測目標物體表面，發(fā)生漫反射，反射的光斑與當前視場角內(nèi)的物體經(jīng)成像透鏡組共同成像于CCD圖像傳感器上，經(jīng)過圖像處理單元接收光斑，計算出待測距離。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，用戶成本低；測距方式快速、靈敏，在通信、航空、智能家居等測距領(lǐng)域有很高的應用價值。
【IPC分類】G01S17-08
【公開號】CN204389687
【申請?zhí)枴緾N201520115023
【發(fā)明人】孫放, 廖鴻宇, 周煦潼, 明安龍
【申請人】北京雷動云合智能技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月25日