CN108469617A - 基于单线激光扫描装置的激光测距方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单线激光扫描装置的激光测距方法和系统，其中，方法包括：获取单线激光扫描装置的内部设定参数，内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；在出厂后扫描测距时，对实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新测距基准参数，得到测距基准均值；利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到测距的实际距离数据。本发明在出厂后扫描测距时先重新测量测距基准参数，并以测量结果为标准更新内部设定参数，不仅避免涉及复杂算法，并且避免由于环境因素或者长时间运行导致装置自身性能等原因引起的对测距数据精度产生的漂移现象，提高最终测距的精确度。

Description

基于单线激光扫描装置的激光测距方法和系统

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种基于单线激光扫描装置的激光测距方法和系统。

背景技术

激光扫描装置是以激光测距为主要技术基础，同时通过电机旋转，实现二维扫描测量。激光扫描装置成功用于多个领域，如工业测量、地形测量、文物保护、城市建模、并行检测、逆向工程及虚拟现实等。激光扫描装置内部集成包括了激光脉冲发射单元、激光脉冲接收单元、时间测量单元、电机旋转单元以及控制及处理单元；激光脉冲发射单元发射的脉冲激光打到目标后，经漫反射原路返回至接收单元，采用时间飞行法，测量脉冲发射时间与接收时间差结合其内部的标定参数，来计算被测点的距离。

目前，激光扫描装置通常是在出厂前进行测距标定以设定标定参数，在使用时，以出厂设定的标定参数作为标准进行测距。这种方法存在以下缺陷，传统的标定方法主要借助外部标定装置，对标定基准、标定装置、标定场地等提出较高要求；或者需要借助各种复杂的标定算法才能完成相关参数标定，费时费力；另外在出厂前设定标定参数后，在后续使用过程中，无法根据激光扫描装置的性能状态变化，实时调整相关标定参数，影响测距精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单线激光扫描装置的激光测距方法和系统，在出厂后扫描测距时先重新测量测距基准参数，并以测量结果为标准更新内部设定参数，不仅避免涉及复杂算法，并且避免由于环境因素或者长时间运行导致装置自身性能等原因引起的对测距数据精度产生的漂移现象，提高最终测距的精确度。

本发明提供了一种基于单线激光扫描装置的激光测距方法，包括以下步骤；

获取单线激光扫描装置的内部设定参数，所述内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；

在出厂后扫描测距时，实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新所述测距基准参数，得到测距基准均值；

利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。

作为一种可实施方式，本发明提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法，还包括以下步骤；

在获取单线激光扫描装置的内部设定参数之前，预先设置内部设定参数，并将所述内部设定参数保存至存储器中。

作为一种可实施方式，所述预先设置内部设定参数，并将所述内部设定参数保存至存储器中，包括以下步骤；

在出厂前进行标定测距时，获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，得到测距基准参数；

获取各距离位置标定目标的标定时间数据，根据所述标定时间数据和测距基准参数进行标定处理，得到校验参数，并将所述测距基准参数和校验参数保存至存储器中。

作为一种可实施方式，本发明提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法，还包括以下步骤；

在利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理之前，调取存储在存储器中的计算实际距离数据的校准公式；

所述校准公式为D＝(To–Tb1avg)V/2+Cavg；

式中，D为实际距离数据，To为原始时间数据，Tb1avg为内部设定参数中的测距基准参数，V为光速，Cavg为内部设定参数中的校验参数。

相应的，本发明还提供一种基于单线激光扫描装置的激光测距系统，包括获取模块、实时更新模块以及校准处理模块；

所述获取模块，用于获取单线激光扫描装置的内部设定参数，所述内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；

所述实时更新模块，用于在出厂后扫描测距时，实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新所述测距基准参数，得到测距基准均值；

所述校准处理模块，用于利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。

作为一种可实施方式，本发明提供的基于单线激光扫描装置的激光测距系统，还包括预设模块；

所述预设模块，用于在获取单线激光扫描装置的内部设定参数之前，预先设置内部设定参数，并将所述内部设定参数保存至存储器中。

作为一种可实施方式，所述预设模块包括设定单元和校验保存单元；

所述设定单元，用于在出厂前进行标定测距时，获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，得到测距基准参数；

所述校验保存单元，用于获取各距离位置标定目标的标定时间数据，根据所述标定时间数据和测距基准参数进行标定处理，得到校验参数，并将所述测距基准参数和校验参数保存至存储器中。

作为一种可实施方式，本发明提供的基于单线激光扫描装置的激光测距系统，还包括调取模块；

所述调取模块，用于在利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理之前，调取存储在存储器中的计算实际距离数据的校准公式；

所述校准公式为D＝(To–Tb1avg)V/2+Cavg；

式中，D为实际距离数据，To为原始时间数据，Tb1avg为内部设定参数中的测距基准参数，V为光速，Cavg为内部设定参数中的校验参数。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

本发明提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法和系统，其中，方法，包括获取单线激光扫描装置的内部设定参数，内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；在出厂后扫描测距时，对实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新测距基准参数，得到测距基准均值；利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。本发明在出厂后扫描测距时先重新测量测距基准参数，并以测量结果为标准更新内部设定参数，不仅避免涉及复杂算法，并且避免由于环境因素或者长时间运行导致装置自身性能等原因引起的对测距数据精度产生的漂移现象，提高最终测距的精确度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一中产生回复路径的回复部件的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的基于单线激光扫描装置的激光测距系统的结构示意图。

图中：1、激光脉冲发射单元；2、激光脉冲接收单元；3、回复棱镜；4、光学部件；5、反射镜；6、电机旋转单元；100、获取模块；200、实时更新模块；300、校准处理模块；400、预设模块；410、设定单元；420、校验保存单元。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1，本发明实施例一提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法，包括以下步骤；

S100、获取单线激光扫描装置的内部设定参数，内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；

S200、在出厂后扫描测距时，实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新测距基准参数，得到测距基准均值；

S300、利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。

需要说明的是，单线激光扫描装置的内部设定参数为在出厂前设定好的参数，其包括不限于测距基准参数和校验参数。内部设定参数这可以直接存储于各自装置中。也可以存储于服务器中，根据单线激光扫描装置自身的唯一编号从服务器中下载。内部设定参数中的测距基准参数可以按照测量的当前时间为依据进行存储，也就是说可以以时间为查找条件提取出任意时间单线激光扫描装置的测距基准均值，从而可以分析装置的运行状态。

回复路径为光路从激光脉冲发射单元1发出到激光脉冲接收单元2的在装置内部行径的整个路径。各扫描位置为至少两个检测盲区中的位置，根据检测盲区中扫描位置不同，回复路径有细微的差异。当然也可以是多次对内部行径的时间信息进行测量，也能达到相同的效果。下面结合图2举例对单线激光扫描装置的回复路径进行详细说明。

单线激光扫描装置的运行原理为：在电机转动下，该扫描装置可以按一定周期，实现针对二维平面进行扫描检测。由于扫描装置的有效检测角度范围是270度，故存在90度的检测盲区；在90度的检测盲区安装扫描装置内部设置回复器件产生回复路径，用于测量标定激光测距基准参数。回复器件包括不限于激光脉冲发射单元1、激光脉冲接收单元2、回复棱镜3、光学部件、反射镜5以及用于控制反射镜5周转的电机旋转单元6；当改变激光脉冲发射角度的反射镜5在电机的带动下，在二维平面上旋转一圈是360度。

于本实施例中，从45度至315度是有效激光扫描区域；315度至45度是检测盲区，即通过回复路径进行激光测距基准参数标定测量；比如，将回复路径设置在0度位置，反射镜5转到0度位置时，进行激光测距基准参数标定测量。回复路径为通过激光脉冲发射单元1产生激光脉冲，经过光学部件准直后打到反射镜5，再由反射镜5反射到回复棱镜3，此时反射镜5在电机带动下正好转到0度位置，经由回复棱镜3改变光路方向，再返回到反射镜5，最后通过光学部件汇聚在激光脉冲接收单元2的传感器感应面上。回复路径即光路在装置内部行径的整个过程。于其他实施例中，根据回复器件的不同或者其位置设置的不同，回复路径是会发生改变的，对此不一一举例说明。

对实时获得各扫描位置的回复路径的时间信息进行均值处理，比如，当电机运行到回复路径处时，进行一次激光测距基准参数标定测量，通过多次测量，即得到多个时间信息，再对测得的时间信息的均值处理，根据处理结果更新测距基准参数，得到测距基准均值。可以设定测量的次数，于本实施例中，优选的时间信息至少为5次。在得到测距基准均值后，可以使扫描装置在有效激光扫描区域对扫描目标进行测距，并利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。装置在经过长时间运行后，整体性能在受自身或外界环境等因素下，会引起装置性能状态发生偏差，导致产生测距误差。在测距前，根据当前装置状态更新测距基准参数有效减少由装置自身状态改变来带的影响。

本发明提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法和系统，其中，方法，包括获取单线激光扫描装置的内部设定参数，内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；在出厂后扫描测距时，对实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新测距基准参数，得到测距基准均值；利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。本发明在出厂后扫描测距时先重新测量测距基准参数，并以测量结果为标准更新内部设定参数，不仅避免涉及复杂算法，并且避免由于环境因素或者长时间运行导致装置自身性能等原因引起的对测距数据精度产生的漂移现象，提高最终测距的精确度。

进一步的，本发明实施例一提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法还包括以下步骤；

在获取单线激光扫描装置的内部设定参数之前，预先设置内部设定参数，并将内部设定参数保存至存储器中。内部设定参数可以按照单线激光扫描装置的编号按设定时间来存储，方便后续数据追溯，也方便在离线状态下也能正常使用。于其他实施例中，内部设定参数也可以存储于服务端或PC端，只需要在扫描前，下载至对应的单线激光扫描装置中就可以。

其中，预先设置内部设定参数，并将内部设定参数保存至存储器中包括以下步骤；

在出厂前进行标定测距时，获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对时间信息进行均值处理，得到测距基准参数；

获取各距离位置标定目标的标定时间数据，根据标定时间数据和测距基准参数进行标定处理，得到校验参数，并将测距基准参数和校验参数保存至存储器中。

在出厂前进行标定测距时得到测距基准参数，与在出厂后扫描测距时得到测距基准参数具体测量过程是一样的，唯一的区别是在于时间点的不同，使用当前测量的测距基准参数是防止装置在经过长时间运行后，整体性能在受自身或外界环境等因素下，会引起装置性能状态发生偏差，导致产生测距误差。而校验参数对于每个装置来说是固定的，其在出厂前就根据当时测得测距基准参数处理得到。比如，一次得到时间信息为Tb0，多次测得时间信息均值处理，得到测距基准参数Tb0avg。在针对固定距离的标定目标进行标定，测得标定时间数据为T1，故T1-Tb0avg的差值为激光脉冲在装置和标定目标之间飞行的时间；已知时间数据，再根据光速，计算得到装置和目标之间的距离，得到一个常量校正值C1；重复上述对不同固定距离的标定目标进行标定计算常量校正值的过程，计算多个不同距离位置的校正值C2、C3、C4……Cn，并计算校验参数Cavg；并将测距基准参数Tb0avg和校验参数Cavg保存至存储器中。上述过程不仅可以有效简化标定过程，提高标定效率；而且整个标定过程不涉及复杂算法；

进一步的，本发明实施例一提供的基于单线激光扫描装置的激光测距方法还包括以下步骤；

在利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理之前，调取存储在存储器中的计算实际距离数据的校准公式；

校准公式为D＝(To–Tb1avg)V/2+Cavg；

式中，D为实际距离数据，To为原始时间数据，Tb1avg为内部设定参数中的测距基准参数，V为光速，Cavg为内部设定参数中的校验参数。

可以直接或间接的方式从存储器中调取。直接调取为读取的方式获取，间接调取为通过外部服务器从存储器中调取。实际距离数据均是利用调取的校准公式计算后输出的，校准公式简单提高运算效率，并保障每次测距的准确度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种基于单线激光扫描装置的激光测距系统，该系统的实施可参照上述方法的过程实现，重复之处不再冗述。

如图3所示，是本发明实施例二提供的基于单线激光扫描装置的激光测距系统的结构示意图，包括获取模块100、实时更新模块200以及校准处理模块300；获取模块100用于获取单线激光扫描装置的内部设定参数，内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；实时更新模块200用于在出厂后扫描测距时，实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新测距基准参数，得到测距基准均值；校准处理模块300用于利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。

本发明在出厂后扫描测距时先重新测量测距基准参数，并以测量结果为标准更新内部设定参数，不仅避免涉及复杂算法，并且避免由于环境因素或者长时间运行导致装置自身性能等原因引起的对测距数据精度产生的漂移现象，提高最终测距的精确度。

为了在离线状态下也能正常使用，本发明实施例二提供的基于单线激光扫描装置的激光测距系统还包括预设模块400；预设模块400用于在获取单线激光扫描装置的内部设定参数之前，预先设置内部设定参数，并将内部设定参数保存至存储器中。

进一步的，预设模块400包括设定单元410和校验保存单元420；设定单元410用于在出厂前进行标定测距时，获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对时间信息进行均值处理，得到测距基准参数；校验保存单元420用于获取各距离位置标定目标的标定时间数据，根据标定时间数据和测距基准参数进行标定处理，得到校验参数，并将测距基准参数和校验参数保存至存储器中。

为了提高运算效率，本发明实施例二提供的基于单线激光扫描装置的激光测距系统，还包括调取模块；

调取模块用于在利用校准公式根据测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理之前，调取存储在存储器中的计算实际距离数据的校准公式；

校准公式为D＝(To–Tb1avg)V/2+Cavg；

式中，D为实际距离数据，To为原始时间数据，Tb1avg为内部设定参数中的测距基准参数，V为光速，Cavg为内部设定参数中的校验参数。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于单线激光扫描装置的激光测距方法，其特征在于，包括以下步骤；

获取单线激光扫描装置的内部设定参数，所述内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；

在出厂后扫描测距时，实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新所述测距基准参数，得到测距基准均值；

利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。

2.如权利要求1所述的基于单线激光扫描装置的激光测距方法，其特征在于，还包括以下步骤；

在获取单线激光扫描装置的内部设定参数之前，预先设置内部设定参数，并将所述内部设定参数保存至存储器中。

3.如权利要求2所述的基于单线激光扫描装置的激光测距方法，其特征在于，所述预先设置内部设定参数，并将所述内部设定参数保存至存储器中，包括以下步骤；

在出厂前进行标定测距时，获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，得到测距基准参数；

获取各距离位置标定目标的标定时间数据，根据所述标定时间数据和测距基准参数进行标定处理，得到校验参数，并将所述测距基准参数和校验参数保存至存储器中。

4.如权利要求1所述的基于单线激光扫描装置的激光测距方法，其特征在于，还包括以下步骤；

在利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理之前，调取存储在存储器中的计算实际距离数据的校准公式；

所述校准公式为D＝(To–Tb1avg)V/2+Cavg；

式中，D为实际距离数据，To为原始时间数据，Tb1avg为内部设定参数中的测距基准参数，V为光速，Cavg为内部设定参数中的校验参数。

5.一种基于单线激光扫描装置的激光测距系统，其特征在于，包括获取模块、实时更新模块以及校准处理模块；

所述获取模块，用于获取单线激光扫描装置的内部设定参数，所述内部设定参数包括测距基准参数和校验参数；

所述实时更新模块，用于在出厂后扫描测距时，实时获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，并根据处理结果更新所述测距基准参数，得到测距基准均值；

所述校准处理模块，用于利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理，得到单线激光扫描装置测距的实际距离数据。

6.如权利要求5所述的基于单线激光扫描装置的激光测距系统，其特征在于，还包括预设模块；

所述预设模块，用于在获取单线激光扫描装置的内部设定参数之前，预先设置内部设定参数，并将所述内部设定参数保存至存储器中。

7.如权利要求6所述的基于单线激光扫描装置的激光测距系统，其特征在于，所述预设模块包括设定单元和校验保存单元；

所述设定单元，用于在出厂前进行标定测距时，获取各扫描位置的回复路径的时间信息，对所述时间信息进行均值处理，得到测距基准参数；

所述校验保存单元，用于获取各距离位置标定目标的标定时间数据，根据所述标定时间数据和测距基准参数进行标定处理，得到校验参数，并将所述测距基准参数和校验参数保存至存储器中。

8.如权利要求5所述的基于单线激光扫描装置的激光测距系统，其特征在于，还包括调取模块；

所述调取模块，用于在利用校准公式根据所述测距基准均值和校验参数对扫描目标的原始时间数据进行校准处理之前，调取存储在存储器中的计算实际距离数据的校准公式；

所述校准公式为D＝(To–Tb1avg)V/2+Cavg；

式中，D为实际距离数据，To为原始时间数据，Tb1avg为内部设定参数中的测距基准参数，V为光速，Cavg为内部设定参数中的校验参数。