[实用新型]一种基于线阵CCD的高速激光测距装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测距装置，尤其涉及一种基于线阵CCD的高速激光测距装置。

背景技术

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。

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，是目前研究的热点。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。

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

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CCD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。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，一种基于线阵CCD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。

所述的DSP处理单元包括FIFO模块、连接导线、DSP电路。

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。

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。

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°。

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。

本实用新型具有如下有益效果：

1)线阵CCD图像传感器不同于普通CCD图像传感器，线阵CCD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。

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

图1为本实用新型所述的高速激光测距装置结构示意图

图2为本实用新型所述的高速激光测距装置侧视图

图3为本实用新型所述的激光测距方法原理图

图4为二值化处理后的激光光斑对应的线段图像效果图

图5为近距离拍照的不完整光斑对应的线段图像示意图

图中符号表示：1：激光发射器；2：DSP电路；3：FIFO模块；4：成像透镜；5：线阵CCD图像传感器；6：连接导线；7：基座；8：DSP处理单元；9：滤光片