CN106405566A - 测量精度高的激光雷达测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量精度高的激光雷达测距方法，涉及激光测距技术领域。所述方法包括如下步骤：使用标准测量仪器获取第一光电成像器成像位置X₀对应目标物体的实际距离为d0以及第二光电成像器成像位置X₁对应目标物体的实际距离为d1，将（X₀，d0）和（X₁，d1）作为标定点对数据，X为实际的激光器位置值；通过逼近法获取未知的实际激光器位X对应的实际距离d。该方法通过设置合理的标定点阵，避免了激光器镜头畸变的影响，以及一些装置的影响，仅仅依靠标定数据进行测距，距离测量更为准确。

Description

测量精度高的激光雷达测距方法

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种可精确的计算出激光雷达实际测量距离的方法。

背景技术

三角测距法即光源、被测物面、光接收***三点共同构成一个三角形光路，由激光器发出的光线，经过汇聚透镜聚焦后入射到被测物体表面上，光接收***接收来自入射点处的散射光，并将其成像在光电位置探测器敏感面上，通过光点在成像面上的位移来测量被测物面移动距离的一种测量方法。单点式激光三角法测量可分为直射式和斜射式两种结构，光源与光接收***如何设置主要按测试目标的要求、测量***构造等灵活选择。

采用斜射式激光三角测距法，原理如图1所示。激光器发射的平行光线，经过会聚透镜聚焦后形成一束光，该光束垂直射到被测物体表面。待测目标面的相对移动或其表面变化都会导致入射光点沿入射光轴前后移动测量激光的散射光经接收透镜垂直照射到光电位置探测器上如果入射光点在光电成像器形成了位移x，则待测目标面沿轴方向的相对位移为d。依据三角测距法的位置关系我们可根据下式计算出d的值:

式中:

s-入射光点与接收透镜入光点的距离;

f-接收透镜入光点到成像面的垂直距离;

β-入射激光光轴与接收透镜光轴的夹角。

说明：上面的原理是激光三角测距的标准原理，需要的参数有f（镜头焦距），s（镜头光心到激光中心的距离），β（激光线与光心距的夹角）；而且这些参数中s、β的数值不能得到很精确的值，再加上光学镜头存在畸变，因此，采用上述的方案是不能有效地测试装置到物体的距离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量精度高的激光雷达测距方法，通过所述方法计算的距离更为准确。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种测量精度高的激光雷达测距方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

使用标准测量仪器获取第一光电成像器成像位置X₀对应的目标物体实际距离为d0以及第二光电成像器成像位置X₁对应的目标物体实际距离为d1，将（X₀， d0）和（X₁，d1）作为标定点对数据，X为实际的激光器位置值；

通过逼近法获取未知的实际激光器位置X对应的目标物体实际距离d：

d0的权值为，d1的权值为。

进一步的技术方案在于：未知点X必需落在标定数据中的2个点之间；未知点X离X₀、X₁中的那个点越近，权值越大。

进一步的技术方案在于：标定用图像采用5领域平滑法进行处理，处理方法如下：

。

进一步的技术方案在于：标定用图像中的像素进行细分，增加图像的解释度，在激光测距模块中，将每个像素改变为10个像素，

像素位置0的参数有X0（位置值）、Val0(位置值)，像素位置1的参数有X1（位置值）、Val1（位置值），阈值为valThreshold，则差分公式如下：

通过差分法求取左右边界来求取波峰位置，即波峰位置是左右边界的中心。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该方法避免了激光器镜头畸变的影响，以及一些装置的影响，仅仅依靠标定数据进行测距，距离测量更为准确。

此外，通过使用5领域平滑法对图像进行处理，消除了亮度过大以及多小的像素点，图像变得平滑，有利于图像目标点的提取；由于激光目标点呈现对称性（正态分布），波峰位置存在很大的噪音，不能有效的求出波峰值，因此通过差分法求取左右边界来求取波峰位置，即波峰位置是左右边界的中心。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是激光器三角测距原理图；

图2是激光器逼近测距法原理图；

图3是像素目标优化结构图；

图4是二分查表法的原理结构图；

其中：1、激光器 ；2、光电成像器； 3、像素位置0；4、像素位置1； 5、起始点；6、结束点 ；7、目标物体。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图2所示，本发明实施例公开了一种测量精度高的激光雷达测距方法，具体包括如下步骤：

测量激光经物体反射，在光电成像器的成像位置X。通过标定的系列点对（x，d），通过逼近法原则，获取物体的实际距离d。

逼近测距法原理图中X0对应的目标物体实际距离d0，x1对应的目标物体实际距离为d1，（x0， d0）和（x1，d1）为标定点对数据，X为实际的激光位置值，我们可以根据逼近法来获取d的值：

逼近法原理的是距离越近，权值越大，d0的权值为，d1的权值为。

说明：上述的方法，称之为逼近法，就是使用标准测量仪器（如光栅尺），获取一组在已知距离下的目标点分别对应图像上的，称之为标定数据（，）。通过上述公式的获取未知点X的距离d，如下：

1)未知点X必需落在标定数据中的2个点的区间，如A、B；

2)未知点X离A、B中的那个点越近，权值越大；（未知点X到A、B的距离权值、，距离越近、权值越大）

3)利用距离、，以及2）步骤中的权值、，获取计算未知点X的距离d；

该方法通过设置合理的标定点阵，避免了镜头畸变的影响，以及一些装置的影响，仅仅依靠标定数据进行测距。

图像优化:

图像方面做了5领域平滑法，其方法如下：

经过上述方法后，图像上消除了杂点，如下：

1)消除了亮度过大的像素点；

2)消除了亮度过小的像素点；

因此，图像变得平滑，有利于图像目标点的提取；

像素目标优化:

差分法，就是将每个像素进行细分，增加了图像的解释度，在激光测距模块中，我们对相似进行了10等分，即相当于将每个像素改变为10个像素。差分法的原理图如图3：

像素位置0的参数有X0（位置值）、Val0(位置值)，像素位置1的参数有X1（位置值）、Val1（位置值），阈值为valThreshold，则差分公式如下：

由于激光目标点呈现对称性（正态分布），波峰位置存在很大的噪音，不能有效的求出波峰值，因此通过差分法求取左右边界来求取波峰位置，即波峰位置是左右边界的中心；

标定数据进行升序排列，而二分法能够快速地查找和获取目标的距离；

在获取激光的峰值位置后，就需将像素值转换为距离值，由于采用逼近法，与之相使用标定数据相应的二分查表法，大大加快了处理的时间。

二分法的原理如图4所示：

通过二分法，在激光测距中的距离转换中（像素值转换为距离值），二分法的处理流程如下：

1)获取遍历的中间序号，5为begin位置，6为end位置；

2)当目标值小于mid值时，，重复步骤1，2；

3)当目标值大于mid值时，，重复步骤1，2，3；

当目标符合mid值时，二分法结束。

Claims (4)

1.一种测量精度高的激光雷达测距方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

使用标准测量仪器获取第一光电成像器成像位置X₀对应的目标物体实际距离为d0以及第二光电成像器成像位置X₁对应的目标物体实际距离为d1，将（X₀， d0）和（X₁，d1）作为标定点对数据，X为实际的激光器位置值；

通过逼近法获取未知的实际激光器位置X对应的目标物体实际距离d：

d0的权值为，d1的权值为。

2.如权利要求1所述的测量精度高的激光雷达测距方法，其特征在于：未知点X必需落在标定数据中的2个点之间；未知点X离X₀、X₁中的那个点越近，权值越大。

3.如权利要求1所述的测量精度高的激光雷达测距方法，其特征在于，标定用图像采用5领域平滑法进行处理，处理方法如下：

。

4.如权利要求1所述的测量精度高的激光雷达测距方法，其特征在于，标定用图像中的像素进行细分，增加图像的解释度，在激光测距模块中，将每个像素改变为10个像素，

像素位置0的参数有X0（位置值）、Val0(位置值)，像素位置1的参数有X1（位置值）、Val1（位置值），阈值为valThreshold，则差分公式如下：

通过差分法求取左右边界来求取波峰位置，即波峰位置是左右边界的中心。