[发明专利]一种基于环形激光的倾角及距离测量方法

说明书

本发明公开了一种基于环形激光的倾角及距离测量方法，基于激光光源特性，以及拍摄的图像的矩特征信息，计算激光光源至被测平面的矢量信息，矢量信息包含激光光源到平面的距离，和激光光源到被测平面的法向夹角，由于采用激光和图像的方法，较之惯性原件，测量响应快，无低频噪声，从而数据后处理工作简单可靠；较之距离传感集成或计算机视觉方案，成本低、算力要求低、系统集成度高。

技术领域：

本发明涉及非接触测量领域，给出一种高精度传感器的原理性测量算法。本算法基于特殊的激光(环形)光源以及图像矩特征识别的方法，对被测平面进行矢量测量，即，同时获得被测平面的法向(方向)信息和距离信息。

背景技术：

现有的法向角度测量手段/传感器，主要分为接触式和非接触式两种。接触式的角度测量，需要高精度、高可靠的工装夹具，配合角度测量设备进行测量，精度受限，应用复杂。非接触式角度测量，主要以惯性元件的陀螺仪为主。但是，惯性传感器一般响应慢、存在低频的零点漂移、软件补偿难度高等问题，主要应用于运动部件中，在生产制造方面应用较少。另一方面讲，当前用于环境感知的传感器，都是获得距离或法向角度，而不能同时获得距离和法向角度(本文称为矢量测距)。如果应用场景希望同时获得被测物的空间信息，即矢量测距数据，那么必须使用多种传感器，或多个同类传感器的配合，即传感器融合的方法。上述方法一般只能针对特定的应用，很难实现通用性；设计和工艺过程复杂，相当于进行一个专用设备的开发。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于环形激光的倾角及距离测量方法，本发明中的方法，由于采用激光和图像的方法，较之惯性原件，测量响应快，无低频噪声(零点漂移)，从而数据后处理工作简单可靠；较之距离传感集成或计算机视觉方案，成本低、算力要求低、系统集成度高；基于激光光源特性，以及拍摄的图像的矩特征信息，计算激光光源至被测平面的矢量信息，矢量信息包含激光光源到平面的距离，和激光光源到被测平面的法向夹角，从系统识别和图像处理的鲁棒性来讲，本算法仅仅依靠被识别椭圆的形状信息，与光源光圈的尺寸无关，因此可对不同工况使用不同的光源从而得到最佳使用效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于环形激光的倾角及距离测量方法，通过激光光源发射环形光斑打到被测物表面；感光相机通过不同角度照射被测物表面的光斑，得到不同的成像，所述感光相机位于激光光源右侧；假设环形光斑半径为r₀，激光入射角与被测物法向夹角为α，感光相机与激光光源法向夹角为β，那么：

环形光斑在被测物表面形成椭圆的长轴长度为：

L_s＝2r₀/cosα

此椭圆在感光相机的成像长轴长度为：

得到

作为本发明进一步的方案，所述激光光源两侧分别设有一感光相机，分别为左感光相机和右感光相机，且两侧感光相机与激光光源位于同一平面上。

作为本发明进一步的方案，椭圆在左感光相机的成像长轴长度为：

则其中，

作为本发明进一步的方案，所述激光光源与被测物表面的距离为d；设立标定面，当环形光圆心在相机成像的中心时，记录激光器出口与标定面的距离为d₀，环形激光照射至被侧面上，产生椭圆的圆心距离图像中心的像素个数为N_p，得：

那么激光器出口到被测平面的距离为：

其中C为与相机感光性能有关的参数，可通过实验标定取得，也可通过相机配置获取。

本发明具有以下有益效果：