[发明专利]一种激光测距仪及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量仪器，特别涉及一种基于DSP图像处理及面阵CCD图像传感器的激光测距仪及工作方法。

背景技术

传统的激光测距仪一般采用脉冲法和相位法。脉冲法为，测量仪器的光源发射出的激光经被测物体反射回来后，被测量仪器接收，利用发射和接受的时间差来计算距离，光速已知的情况下，测量出激光往返的时间获得距离数据，这种方法精度较低。相位法利用无线电波段的频率对激光进行AM调制，测量调制光往返一次产生的相位延迟，根据调制光的波长换算出延迟相位对应的距离。相位法的测量精度虽高，但是测量距离较短。

另外传统的激光传感器光电转换得到的测量结果，还应包括仪器内部传播的距离。此外，测距仪电路中各元件不同程度的发热以及环境温度对各元器件的影响也导致电路中的电信号产生的漂移误差，直接影响测量结果的准确性。采用脉冲式或相位式，测量都需已知空气折射率的参数进行运算。由于气候变化，空气湿度，尘埃含量的变化就可能产生一定的误差。

发明内容

本发明是针对传统的激光测距仪存在的问题，提出了一种激光测距仪及工作方法，利用基于DSP的数字图像处理，只需获取高质量的图像信息，通过分析处理获得距离，避免了引入空气折射率以及温度漂移等干扰因素，实现更精确的距离测量。

本发明的技术方案为：一种激光测距仪，包括由镜头、可旋转激光头组成的光学系统，由面阵CCD图像传感器、图像采集处理电路、可旋转激光头的驱动模块、电源模块、用以显示信息的液晶以及用以输入测量设置信息的按键组成的硬件电路系统，作为外壳的机械系统，以及图像处理测量软件部分，镜头包括孔径光阑、透镜组、连接杆、调焦压电陶瓷，可旋转激光头驱动模块包括步进电机、激光器、传输光纤，步进电机控制可旋转激光头绕轴旋转，激光器发出激光，经光纤传输至可旋转激光头，再经可旋转激光头前端的激光准直透镜准直照射到前方被测物体表面，发生漫反射，反射光斑的光线到达镜头，经过镜头内的光学系统后在面阵CCD图像传感器表面成像，实现光电转换，面阵CCD图像传感器输出图像数据传输到图像采集处理电路，输出控制调焦压电陶瓷和对焦压电陶瓷进行光学系统调焦，采集理想光斑图像，并驱动可旋转激光头旋转，采集多点光斑图像，图像采集处理电路计算和图像处理后结果显示在液晶上。

所述镜头内孔径光阑和透镜组前后排列，连接杆与孔径光阑、透镜组连接，驱动调焦压电陶瓷通过连接杆带动孔径光阑和透镜组移动，并保持孔径光阑始终在物方焦面上，实现变焦。

所述图像采集处理电路包括CCD图像传感器驱动与ADC电路、连接导线、处理器DSP电路，CCD图像传感器驱动与ADC电路驱动CCD图像传感器工作，并对CCD输出的模拟信号进行模数转换，通过连接导线输入DSP电路进行处理。

一种激光测距仪的工作方法，包括激光测距仪，具体测量步骤如下：

1）安装在仪器上的可旋转激光头发射的激光照射到前方被测物体表面，发生漫反射，反射光斑的光线通过镜头，在面阵CCD图像传感器表面成像，将光信号转换为电信号；

2）将CCD的感光面调整位置，使光学系统所成像位于CCD上，同时通过光学系统调焦，将像调整到一个合适的大小，以充分利用CCD的分辨率，最后采集光斑的图像数据，利用多点测量的方式，将激光头以镜头轴为中心进行旋转，记录这一过程中反射光斑的位置信息，拟合出移动的圆形轨迹，这个轨迹的半径就是计算待测距离要用的像高数据，激光头距离镜头中心的几何长度，就是对应的物高；

3）激光头以镜头轴为中心进行旋转，通过拍摄激光点的运动轨迹再通过图像处理的方法，可以计算出旋转的圆形轨迹的圆心以及旋转的半径，已知激光头到旋转中心的距离，代入公式就可以计算出待测距离L1，L1=L2                                               H/R，其中L2为光学系统入瞳处的孔径光阑到等效系统中心的距离，H和R为测量系统获得的参数，H为激光头距离系统的几何旋转中心的距离，R为CCD上的像高。