CN109581294A - 一种基于脉冲激光的定位装置及方法 - Google Patents

一种基于脉冲激光的定位装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109581294A
CN109581294A CN201811442130.5A CN201811442130A CN109581294A CN 109581294 A CN109581294 A CN 109581294A CN 201811442130 A CN201811442130 A CN 201811442130A CN 109581294 A CN109581294 A CN 109581294A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
light source
beacon light
image
pulse signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811442130.5A
Other languages
English (en)
Inventor
张宏军
张鋆
邵元頔
朱达书
高斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CSSC Systems Engineering Research Institute
Original Assignee
CSSC Systems Engineering Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSSC Systems Engineering Research Institute filed Critical CSSC Systems Engineering Research Institute
Priority to CN201811442130.5A priority Critical patent/CN109581294A/zh
Publication of CN109581294A publication Critical patent/CN109581294A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves

Abstract

本发明涉及一种基于脉冲激光的定位装置及方法，属于光电跟踪技术领域。该定位装置包括：激光信标光源、脉冲探测器、光电探测器、图像预处理单元、数据处理单元和显示器；至少3个激光信标光源固定安装在被定位跟踪物体上，且同时发出激光脉冲信号和无线电脉冲信号；脉冲探测器用来接收无线电脉冲信号，并调整光电探测器的曝光时间；光电探测器用来拍摄激光脉冲信号，并转换为图像；图像预处理单元用来将图像转换为数据信号；数据处理单元根据图像的数据信号计算出激光信标光源的位置，最终转换为被定位跟踪物体的位置；显示器用于显示图像和被定位跟踪物体的位置信息。

Description

一种基于脉冲激光的定位装置及方法
技术领域
本发明涉及光电跟踪技术领域，尤其涉及一种基于脉冲激光的定位装置及方法。
背景技术
一般情况下，光电跟踪系统通过在被跟踪物加装合作信标的方式，提高系统的跟踪性能和复杂环境下的适应性，通常可以应用在海上直升机相对轮船或石油钻井平台起降时轮船或石油钻井平台对飞机相对起降甲板的位置和姿态的探测，或者汽车停车入位时，车库对汽车相对车库的位置和姿态的探测等方面。但是光电跟踪系统容易受到较大背景信号噪声、合作信标功率有限等因素的影响，系统信噪比不高，识别定位性能不佳，而且当识别激光合作信标或当部分信标丢失或损坏时，存在的问题是摄影测量控制器并不能立刻确认当前图像中的信标点分别对应的安装平台上的位置座标，需通过假设不同可能的图像信标点和实际位置座标对应关系，并遍历各种可能并计算结果处于合理的物理位置和姿态限值范围内，才能确定最终结果，极大的增加了数据处理的繁琐程度，拖慢了整个系统的响应速度。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于脉冲激光的定位装置及方法，用以解决现有容易受到噪声信号的影响，且难于将信标的实际位置和图像位置相对应的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明一个实施例中，一种基于脉冲激光的定位装置，定位装置包括：激光信标光源、脉冲探测器、光电探测器、图像预处理单元、数据处理单元和显示器；至少3个激光信标光源固定安装在被定位跟踪物体上，且同时发出包括激光脉冲信号的脉冲信号；脉冲探测器用来接收脉冲信号，并调整光电探测器的曝光时间；光电探测器用来拍摄激光脉冲信号，并转换为图像；图像预处理单元用来将图像转换为数据信号；数据处理单元根据图像的数据信号计算出激光信标光源的位置，最终转换为被定位跟踪物体的位置；显示器用于显示图像和被定位跟踪物体的位置信息。
激光信标光源安装在被测物体的表面凸出部位；
激光信标光源设有光学扩束系统，扩束广角角度至少为90°；激光信标光源采用主动调Q激光器，且每个激光信标光源发出的激光脉冲信号的能量互不相同。
脉冲探测器、光电探测器均设置在摄像机内，摄像机设有至少2个；
脉冲信号为激光脉冲信号，脉冲探测器采用光脉冲探测器，脉冲探测器监测到激光脉冲信号，通过光电探测器控制电路生成电脉冲信号，控制光电探测器的曝光时间与激光脉冲信号的脉冲持续时间一致；
或，脉冲信号为激光脉冲信号和无线电脉冲信号，激光信标光源发射的无线电脉冲信号包含激光脉冲信号的信息，脉冲探测器采用无线电脉冲探测器，脉冲探测器监测到无线电脉冲信号，并识别无线电脉冲信号中激光脉冲信号的信息，通过光电探测器控制电路生成电脉冲信号，控制光电探测器的曝光时间与激光脉冲信号的脉冲持续时间一致。
摄像机的镜头为广角镜头，且设有滤波光学系统，滤波光学系统包括：滤波片、成像光学系统、带通滤波片；滤波片、成像光学系统、带通滤波片沿摄像机保护窗口至光电探测器的方向依次设置；滤波片用来滤掉波长低于激光脉冲信号波长的噪声光线；成像光学系统用来汇聚激光脉冲信号并进行对焦；带通滤波片用来滤掉激光脉冲信号对应波段以外的其他光线。
数据处理单元用来接收数据信号，并从数据信号中识别图像的信息，以预先设置的基准点为原点建立坐标系，结合各个激光信标光源安装时的位置关系，计算出各个激光信标光源在坐标系中的位置，再结合被定位跟踪物体的尺寸，确定被定位跟踪物体相对于基准点的位置。
图像预处理单元、数据处理单元均设置在主机内，且主机与显示器连接；摄像机通过光纤与主机实现信号传递。
本发明一个实施例中，一种使用本发明实施例的定位装置的定位方法，定位方法的步骤包括：
S1、启动定位装置，设定定位的基准点，向数据处理单元录入激光信标光源之间相对的位置关系、激光信标光源相对于被定位跟踪物体的位置信息、被定位跟踪物体的尺寸形状、摄像机相对基准点的位置信息；
S2、激光信标光源同时发出激光脉冲信号和无线电脉冲信号；
S3、脉冲探测器接收无线电脉冲信号，并转换为电脉冲信号，并发送给光电探测器控制电路；
S4、光电探测器控制电路根据电脉冲信号，调整光电探测器在单个周期内的曝光时刻和曝光时长；
S5、光电探测器拍摄激光脉冲信号，并将生成的图像传递给图像预处理单元；
S6、图像预处理单元将图像转换为数据信号传递给数据信号；
S7、数据处理单元根据数据信号，结合激光信标光源之间相对的位置关系、激光信标光源相对于被定位跟踪物体的位置信息、被定位跟踪物体的尺寸形状、摄像机相对基准点的位置信息；
S8、显示器显示图像和被定位跟踪物体的位置信息。
步骤S2中，每个激光信标光源发出的激光脉冲信号的脉冲能量互不相同，并记录每个激光信标光源的脉冲能量大小。
步骤S7中，数据处理单元，根据图像中拍摄到的激光信标光源的亮度来确认图像中的激光信标光源与实际的激光信标光源的对应关系，以计算得到每个信标相对与基准点的位置信息。
步骤S7中，对某一个摄像机的光电探测器拍摄的图像：根据图像上各个激光信标光源之间的距离和实际的各个激光信标光源之间的距离，计算得到各个激光信标光源到该摄像机之间的距离和相对于该摄像机的位置信息；结合该摄像机相对于基准点的位置信息，计算得到各个激光信标光源相对于基准点的位置信息；
对根据不同摄像机的光电探测器拍摄的图像计算得到的各个激光信标光源相对于基准点的位置信息，结合激光信标光源相对于被定位跟踪物体的位置和被定位跟踪物体的尺寸形状，计算得到不同摄像机的光电探测器拍摄的图像对应的被定位跟踪物体相对于基准点的位置信息，取平均值，得到最终的被定位跟踪物体相对于基准点的位置信息。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用脉冲激光的形式，缩短了拍摄激光信标光源时的曝光时长，减少了可见光噪声对图像采集的影响；
2、本发明通过对光学镜头的改进，设置了两层滤波片，滤掉可见光噪声，进一步提高了本发明的摄像机拍摄的图像的精度；
3、本发明通过将不同的激光信标光源发出的激光脉冲信号的脉冲能量，来区分不同的激光信标光源，通过不同的脉冲能量来产生的不同亮度的图像，来将图像中的拍摄到的激光信标光源与实际的激光信标光源对应起来，简化了繁琐的计算过程，提高了本发明的系统的响应速度。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例的整体示意图；
图2为本发明实施例的滤波光学系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的滤波光学系统的红外滤波片滤波曲线；
图4为本发明实施例的滤波光学系统的带通滤波片透射谱和反射谱；
图5为本发明实施例的曝光控制时间和信标脉冲持续时间时序关系图；
图6为本发明实施例的定位状体的设备原理示意图；
图7为本发明实施例的激光信标光源的脉冲能量控制示意图；
图8为本发明实施例中摄像机拍摄激光信标光源的原理图；
附图标记：1-直升机；2-激光信标光源；3-摄像机；4-保护窗口；5-红外滤波片；6-成像光学系统；7-带通滤波片；8-光电探测器；9-滤波光学系统；10-脉冲探测器。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图6所示，一种基于脉冲激光的定位装置，定位装置包括：激光信标光源2、脉冲探测器10、光电探测器8、图像预处理单元、数据处理单元和显示器；至少3个激光信标光源2固定安装在被定位跟踪物体上，且同时发出激光脉冲信号和无线电脉冲信号，为获得被定位跟踪物体或平台的三维位置和姿态的六自由度信息，其安装的激光信标光源2要不小于3个；脉冲探测器10用来接收无线电脉冲信号，并调整光电探测器8的曝光时间；光电探测器8用来拍摄激光脉冲信号，并转换为图像；图像预处理单元用来将图像转换为数据信号；数据处理单元根据图像的数据信号计算出激光信标光源2的位置，最终转换为被定位跟踪物体的位置；显示器用于显示图像和被定位跟踪物体的位置信息。通过摄像机3拍摄合作信标成像的定位系统，都会不同程度的受到背景杂光的影响，如天空、云朵甚至太阳作为背景噪声信号进入摄像机3光学系统。本发明采用脉冲激光的形式，缩短了拍摄激光信标光源2时的曝光时长，减少了可见光噪声对图像采集的影响，提高成像系统的信噪比，获得更好的识别跟踪性能，增加了复杂光背景适应性。
激光信标光源2应安装于相对摄像机3不被遮挡的位置，激光信标光源2安装在被测物体的表面凸出部位，例如飞机或汽车机身凸出部位，激光信标光源2需固定安装，即被定位跟踪物体或平台在运动过程中，激光信标光源2相对其的位置应保持不变；激光信标光源2设有光学扩束系统，扩束广角角度至少为90°，以便于摄像机3拍摄；激光信标光源2采用主动调Q激光器，示例性的，采用声光调Q激光器或电光调Q激光器，可以在外部周期驱动信号的控制下，按照一定重复频率辐射出高峰值功率(可达MW量级)、窄脉宽(us甚至ns量级)的激光脉冲。
虽然摄影测量算法需要预知各合作信标点在其安装平台上的位置座标，但在早期识别激光合作信标或当部分信标丢失或损坏时，存在的问题是摄影测量控制器并不能立刻确认当前图像中的信标点分别对应的安装平台上的位置座标，需通过假设不同可能的图像信标点和实际位置座标对应关系，并遍历各种可能并计算结果处于合理的物理位置和姿态限值范围内，才能确定最终结果。本发明实施例中，每个激光信标光源2发出的激光脉冲信号的能量互不相同，通过控制不同激光信标光源2的激光脉冲能量差异，可简化摄影测量控制器对图像中各激光信标光源2的座标对应关系确认。
如图7所示，对摄影测量所需的激光信标光源2，以4个为例，每个激光信标光源2的有唯一的序号表示，分别为I、II、III、IV，其在安装平台的座标对应关系也是确定的。通过脉冲激光器参数控制，如调Q激光器的增益参数，脉冲调制半导体激光器的峰值电流等，可控制各个激光信标光源2输出激光脉冲的能量，例如序号I激光信标光源2脉冲能量1E0，序号II激光信标光源2脉冲能量2E0，序号III激光信标光源2脉冲能量3E0，序号IV激光信标光源2脉冲能量4E0。在摄像机3拍摄成像的图像中，信标点的灰度值与脉冲能量成正比，通过图像中激光信标光源2的能量差异比对，可直接找到对应的激光信标光源2序号，即可获取该像点对应激光信标光源2的座标。
脉冲激光器也可采用脉冲调制大功率半导体激光器，通过脉冲电流驱动半导体激光器发出峰值功率较高(数百W)的脉冲激光，摄像机3通过脉冲探测器10接收脉冲并对合作信标的脉冲激光进行同步曝光
如图1所示，脉冲探测器10、光电探测器8均设置在摄像机3内，摄像机3设有至少2个，原理上1个摄像机3也可以完成对被定位跟踪物体的定位，但是，考虑到实际测量时，只使用一个摄像机3时，在一些偶然情况下会产生较大的定位误差，为了削弱定位误差，本发明实施例中，设置至少2个摄像机3，并将不同摄像机3的定位结果的平均值作为定位的最终结果。
如图8所示，激光信标光源2发射的无线电脉冲信号包含激光脉冲信号的信息；脉冲探测器10监测到无线电脉冲信号，并识别无线电脉冲信号中激光脉冲信号的信息，通过光电探测器8控制电路生成电脉冲信号，控制光电探测器8的曝光时间与激光脉冲信号的脉冲持续时间一致。如图5所示，本发明实施例中，由激光信标光源2发出无线电脉冲信号，该信号与脉冲激光器发出的光脉冲同步，当摄像机3内脉冲探测器10接收到无线电脉冲信号后，同步控制光电探测器8的曝光快门开启，在脉冲接收结束时关闭曝光快门。也可以根据激光信标光源2的脉冲宽度，预设摄像机3光电探测器8的曝光快门时间等于或稍大于激光信标光源2的激光脉冲宽度，由无线电脉冲信号触发光电探测器8曝光快门的开启时刻，后根据预设时间关闭曝光快门，在曝光快门开启时间内有效接收激光脉冲信号，达到上述类似效果。
本发明的其他实施例中，脉冲探测器10可以是光脉冲探测器，其探测到激光信标光源2发出的光脉冲后，形成电脉冲，并输出至光电探测器8控制电路，使得光电探测器8的一帧曝光时间与激光信标光源2的光脉冲持续时间一致，当激光信标光源2的一个光脉冲信号在摄像机3处接收完毕后，摄像机3光电探测器8的一帧曝光快门也同时关闭。
这种将摄像机3帧曝光开门和激光信标光源2同步控制的方式，使得摄像机3对信标成像时，帧快门曝光时间大大缩短(至数us甚至亚微秒级)，同时激光脉冲可以在该极短的时间内可以辐射出巨大的能量，在摄像机3光电传感器的像元上累计足够的电荷，形成连续光，激光信标光源2在长曝光时间(ms级)内相当甚至灰度值更高的有效成像。由于曝光时间大大缩短(由ms缩至us级，降低了近1000倍)，因此背景环境光信号噪声在光电传感器的像元上的信号大大降低(和曝光时间降低量成正比)，因此成像系统的信噪比大大降低(按照ms缩至us级的关系，信噪比同比降低1000倍，相当于约30dB)。
本发明实施例中，激光信标光源2的能量集中在几个nm的窄光谱范围内，摄像机3光学系统进行光谱窄带滤波，滤波带宽比激光器光谱宽3-5个nm，中心波长与激光信标光源2激光的中心波长一致，这样可最大限度的将合作信标的能量透射进摄像机3成像光学系统6，同时滤除其他光学谱段的光学噪声能量，提高激光信标光源2的激光相对背景噪声的信噪比。由于太阳光作为主要背景杂光，其主要能量集中在可见光波段，因此激光合作信标宜采用红外波段或紫外波段激光器，避开可见光波段以减少背景噪声干扰，考虑到红外光的优良特性以及实施的难易程度，本发明实施例中采用红外光作为信标采用的光的波段。
摄像机3的镜头为广角镜头，以增加拍摄探测的区域，示例性的，广角角度为90°，且设有滤波光学系统9，滤波光学系统9包括：滤波片5、成像光学系统6、带通滤波片7；滤波片5、成像光学系统6、带通滤波片7沿摄像机3保护窗口4至光电探测器8的方向依次设置；滤波片5用来滤掉红外光以外的其他光线；成像光学系统6用来汇聚激光脉冲信号并进行对焦；带通滤波片7用来滤掉激光脉冲信号对应波段以外的其他光线。本发明实施例实际使用时，滤波片5滤波后保留的波段、带通滤波片7滤波后保留的波段均应与信标光源的波段相对应。
示例性的，激光信标光源2的激光为808nm红外半导体激光器，保护窗口4后部位置设置RG780红外滤波片，其主要滤除780nm波长以下的光学信号，如图3所示；探测器前设有中心波长808nm左右的带通滤波片7，可通过在RG780有色玻璃上镀制截止膜实现，将带通滤波片7置于探测器前是因为带通滤波片7中心波长会随入射光角度的增加而漂移，探测器前主要是近轴光线为主，其中心波长漂移影响最小，如图4所示。
数据处理单元用来接收数据信号，并从数据信号中识别图像的信息，以预先设置的基准点为原点建立坐标系，结合各个激光信标光源2安装时的位置关系，计算出各个激光信标光源2在坐标系中的位置，再结合被定位跟踪物体的尺寸，确定被定位跟踪物体相对于基准点的位置。
对平台的定位和跟踪主要是通过摄像机3拍摄激光合作信标，并通过摄影测量算法计算得出。根据摄影测量算法，求解空间位置信息包括3个未知量，合作信标数量应不少于3个，个数决定了解算时的方程个数，且平台位置和姿态信息的解算需要预知激光合作信标相对于安装平台的相对位置，以及摄像机3内畸变等方位元素和安装位置角度等外方位元素。
图像预处理单元、数据处理单元均设置在主机内，且主机与显示器连接；摄像机3通过光纤与主机实现信号传递。
一种使用本发明技术方案的定位装置的定位方法，该装置和方法适用于被探测物体或平台相对于观测点距离较近从而被探测物体或平台不可被认为是一个点目标的情况，例如海上。
定位方法的步骤包括：
S1、启动定位装置，设定定位的基准点，向数据处理单元录入激光信标光源2之间相对的位置关系、激光信标光源2相对于被定位跟踪物体的位置信息、被定位跟踪物体的尺寸形状、摄像机3相对基准点的位置信息。
S2、激光信标光源2同时发出激光脉冲信号和无线电脉冲信号，每个激光信标光源2发出的激光脉冲信号的脉冲能量互不相同，并记录每个激光信标光源2的脉冲能量大小。
S3、脉冲探测器10接收无线电脉冲信号，并转换为电脉冲信号，并发送给光电探测器8控制电路。
S4、光电探测器8控制电路根据电脉冲信号，调整光电探测器8在单个周期内的曝光时刻和曝光时长。
S5、光电探测器8拍摄激光脉冲信号，并将生成的图像传递给图像预处理单元。
S6、图像预处理单元将图像转换为数据信号传递给数据信号。
S7、数据处理单元根据数据信号，结合激光信标光源2之间相对的位置关系、激光信标光源2相对于被定位跟踪物体的位置信息、被定位跟踪物体的尺寸形状、摄像机3相对基准点的位置信息。
数据处理单元，根据图像中拍摄到的激光信标光源2的亮度来确认图像中的激光信标光源2与实际的激光信标光源2的对应关系，以计算得到每个信标相对与基准点的位置信息。
对某一个摄像机3的光电探测器8拍摄的图像：根据图像上各个激光信标光源2之间的距离和实际的各个激光信标光源2之间的距离，计算得到各个激光信标光源2到该摄像机3之间的距离和相对于该摄像机3的位置信息；结合该摄像机3相对于基准点的位置信息，计算得到各个激光信标光源2相对于基准点的位置信息。
对根据不同摄像机3的光电探测器8拍摄的图像计算得到的各个激光信标光源2相对于基准点的位置信息，结合激光信标光源2相对于被定位跟踪物体的位置和被定位跟踪物体的尺寸形状，计算得到不同摄像机3的光电探测器8拍摄的图像对应的被定位跟踪物体相对于基准点的位置信息，取平均值，得到最终的被定位跟踪物体相对于基准点的位置信息。本发明实施例实际使用时，也可以采用其他的数学方法来求得被定位跟踪物体相对于基准点的位置，例如，使用估计方法代替最后的均值计算，使用多方程求解来避免最后的均值计算。
S8、显示器显示图像和被定位跟踪物体的位置信息。
如图1和图6所示，本发明实施例中，在海上平台对直升机1进行追踪定位，分别在直升机1的两翼设置4个激光信标光源2，并以海上平台的直升机1停机坪中央为基准点，在海上平台的停机坪左右两侧设置2个摄像机3。
S1、启动定位装置，以海上平台的直升机1停机坪中央为基准点，向数据处理单元录入激光信标光源2之间相对的位置关系、激光信标光源2相对于直升机1机身的位置信息、直升机1的尺寸形状、摄像机3相对基准点的位置信息。
S2、激光信标光源2同时发出激光脉冲信号和无线电脉冲信号，每个激光信标光源2发出的激光脉冲信号的脉冲能量互不相同，并记录每个激光信标光源2的脉冲能量大小。
S3、脉冲探测器10接收无线电脉冲信号，并转换为电脉冲信号，并发送给光电探测器8控制电路。
S4、光电探测器8控制电路根据电脉冲信号，调整光电探测器8在单个周期内的曝光时刻和曝光时长。
S5、光电探测器8拍摄激光脉冲信号，并将生成的图像传递给图像预处理单元。
S6、图像预处理单元将图像转换为数据信号传递给数据信号。
S7、数据处理单元根据数据信号，结合激光信标光源2之间相对的位置关系、激光信标光源2相对于被定位跟踪物体的位置信息、被定位跟踪物体的尺寸形状、摄像机3相对基准点的位置信息。
数据处理单元，根据图像中拍摄到的激光信标光源2的亮度来确认图像中的激光信标光源2与实际的激光信标光源2的对应关系，以计算得到每个信标相对与基准点的位置信息。
对摄像机3的光电探测器8拍摄的图像：根据图像上4个激光信标光源2之间的距离和实际的4个激光信标光源2之间的距离，计算得到各个激光信标光源2到该摄像机3之间的距离和相对于该摄像机3的位置信息；结合该摄像机3相对于基准点的位置信息，计算得到4个激光信标光源2相对于基准点的位置信息。
对根据左右两个摄像机3的光电探测器8拍摄的图像计算得到的对应一侧的4个激光信标光源2相对于基准点的位置信息，结合激光信标光源2相对于直升机1机身的位置和直升机1的尺寸形状，计算得到左右两个摄像机3的光电探测器8拍摄的图像对应的直升机1相对于基准点的位置信息，取平均值，得到最终的直升机1相对于基准点的位置信息。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于脉冲激光的定位装置及方法，本发明采用脉冲激光的形式，缩短了拍摄激光信标光源2时的曝光时长，减少了可见光噪声对图像采集的影响；本发明通过对光学镜头的改进，设置了两层滤波片，滤掉可见光噪声，进一步提高了本发明的摄像机拍摄的图像的精度；本发明通过将不同的激光信标光源发出的激光脉冲信号的脉冲能量，来区分不同的激光信标光源，通过不同的脉冲能量来产生的不同亮度的图像，来将图像中的拍摄到的激光信标光源与实际的激光信标光源对应起来，简化了繁琐的计算过程，提高了本发明的系统的响应速度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于脉冲激光的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括：激光信标光源(2)、脉冲探测器(10)、光电探测器(8)、图像预处理单元、数据处理单元和显示器；至少3个所述激光信标光源(2)固定安装在被定位跟踪物体上，且同时发出包括激光脉冲信号的脉冲信号；所述脉冲探测器(10)用来接收脉冲信号，并调整光电探测器(8)的曝光时间；所述光电探测器(8)用来拍摄激光脉冲信号，并转换为图像；所述图像预处理单元用来将图像转换为数据信号；所述数据处理单元根据图像的数据信号计算出激光信标光源(2)的位置，最终转换为被定位跟踪物体的位置；所述显示器用于显示图像和被定位跟踪物体的位置信息。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述激光信标光源(2)安装在被测物体的表面凸出部位；
所述激光信标光源(2)设有光学扩束系统，扩束广角角度至少为90°；所述激光信标光源(2)采用主动调Q激光器，且每个所述激光信标光源(2)发出的激光脉冲信号的能量互不相同。
3.根据权利要求2所述的定位装置，其特征在于，所述脉冲探测器(10)、光电探测器(8)均设置在摄像机(3)内，所述摄像机(3)设有至少2个；
所述脉冲信号为激光脉冲信号，所述脉冲探测器(10)采用光脉冲探测器，所述脉冲探测器(10)监测到激光脉冲信号，通过光电探测器(8)控制电路生成电脉冲信号，控制所述光电探测器(8)的曝光时间与激光脉冲信号的脉冲持续时间一致；
或，所述脉冲信号为激光脉冲信号和无线电脉冲信号，所述激光信标光源(2)发射的无线电脉冲信号包含激光脉冲信号的信息，所述脉冲探测器(10)采用无线电脉冲探测器，所述脉冲探测器(10)监测到无线电脉冲信号，并识别无线电脉冲信号中激光脉冲信号的信息，通过光电探测器(8)控制电路生成电脉冲信号，控制所述光电探测器(8)的曝光时间与激光脉冲信号的脉冲持续时间一致。
4.根据权利要求3所述的定位装置，其特征在于，所述摄像机(3)的镜头为广角镜头，且设有滤波光学系统(9)，所述滤波光学系统(9)包括：滤波片(5)、成像光学系统(6)、带通滤波片(7)；所述滤波片(5)、成像光学系统(6)、带通滤波片(7)沿摄像机(3)保护窗口(4)至光电探测器(8)的方向依次设置；所述滤波片(5)用来滤掉波长低于激光脉冲信号波长的噪声光线；所述成像光学系统(6)用来汇聚激光脉冲信号并进行对焦；所述带通滤波片(7)用来滤掉激光脉冲信号对应波段以外的其他光线。
5.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述数据处理单元用来接收数据信号，并从数据信号中识别图像的信息，以预先设置的基准点为原点建立坐标系，结合各个激光信标光源(2)安装时的位置关系，计算出各个激光信标光源(2)在坐标系中的位置，再结合被定位跟踪物体的尺寸，确定被定位跟踪物体相对于基准点的位置。
6.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述图像预处理单元、数据处理单元均设置在主机内，且所述主机与显示器连接；所述摄像机(3)通过光纤与所述主机实现信号传递。
7.一种使用根据权利要求1至6任一所述的定位装置的定位方法，其特征在于，所述定位方法的步骤包括：
S1、启动定位装置，设定定位的基准点，向数据处理单元录入激光信标光源(2)之间相对的位置关系、激光信标光源(2)相对于被定位跟踪物体的位置信息、被定位跟踪物体的尺寸形状、摄像机(3)相对基准点的位置信息；
S2、激光信标光源(2)同时发出激光脉冲信号和无线电脉冲信号；
S3、脉冲探测器(10)接收无线电脉冲信号，并转换为电脉冲信号，并发送给光电探测器(8)控制电路；
S4、光电探测器(8)控制电路根据电脉冲信号，调整光电探测器(8)在单个周期内的曝光时刻和曝光时长；
S5、光电探测器(8)拍摄激光脉冲信号，并将生成的图像传递给图像预处理单元；
S6、图像预处理单元将图像转换为数据信号传递给数据信号；
S7、数据处理单元根据数据信号，结合激光信标光源(2)之间相对的位置关系、激光信标光源(2)相对于被定位跟踪物体的位置信息、被定位跟踪物体的尺寸形状、摄像机(3)相对基准点的位置信息；
S8、显示器显示图像和被定位跟踪物体的位置信息。
8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，每个激光信标光源(2)发出的激光脉冲信号的脉冲能量互不相同，并记录每个激光信标光源(2)的脉冲能量大小。
9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S7中，数据处理单元，根据图像中拍摄到的激光信标光源(2)的亮度来确认图像中的激光信标光源(2)与实际的激光信标光源(2)的对应关系，以计算得到每个信标相对与基准点的位置信息。
10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S7中，对某一个摄像机(3)的光电探测器(8)拍摄的图像：根据图像上各个激光信标光源(2)之间的距离和实际的各个激光信标光源(2)之间的距离，计算得到各个激光信标光源(2)到该摄像机(3)之间的距离和相对于该摄像机(3)的位置信息；结合该摄像机(3)相对于基准点的位置信息，计算得到各个激光信标光源(2)相对于基准点的位置信息；
对根据不同摄像机(3)的光电探测器(8)拍摄的图像计算得到的各个激光信标光源(2)相对于基准点的位置信息，结合激光信标光源(2)相对于被定位跟踪物体的位置和被定位跟踪物体的尺寸形状，计算得到不同摄像机(3)的光电探测器(8)拍摄的图像对应的被定位跟踪物体相对于基准点的位置信息，取平均值，得到最终的被定位跟踪物体相对于基准点的位置信息。
CN201811442130.5A 2018-11-29 2018-11-29 一种基于脉冲激光的定位装置及方法 Pending CN109581294A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811442130.5A CN109581294A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种基于脉冲激光的定位装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811442130.5A CN109581294A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种基于脉冲激光的定位装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109581294A true CN109581294A (zh) 2019-04-05

Family

ID=65925540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811442130.5A Pending CN109581294A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种基于脉冲激光的定位装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109581294A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113050023A (zh) * 2019-12-27 2021-06-29 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种非可见光标识定位系统及方法
CN113472433A (zh) * 2021-06-25 2021-10-01 山东航天电子技术研究所 一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1465966A (zh) * 2002-06-24 2004-01-07 中国科学院光电技术研究所 一种脉冲光波前测量的哈特曼波前传感器
CN203376478U (zh) * 2013-08-05 2014-01-01 中国人民解放军63655部队 一种接收激光信标测量大气湍流强度廓线的装置
CN105758397A (zh) * 2016-02-14 2016-07-13 中国船舶工业系统工程研究院 一种飞行器摄像定位方法
US20160223364A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Construction Robotics, Llc Laser Positioning System
CN107018341A (zh) * 2017-04-14 2017-08-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种tdi ccd图像传感器以及驱动方法
CN108828500A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 深圳草莓创新技术有限公司 无人机精准的降落引导方法及相关产品
CN108885264A (zh) * 2015-12-18 2018-11-23 杰拉德·迪尔克·施密茨 对象的实时位置感测
CN108897004A (zh) * 2018-06-28 2018-11-27 中国人民解放军91977部队 一种激光选通成像搜救装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1465966A (zh) * 2002-06-24 2004-01-07 中国科学院光电技术研究所 一种脉冲光波前测量的哈特曼波前传感器
CN203376478U (zh) * 2013-08-05 2014-01-01 中国人民解放军63655部队 一种接收激光信标测量大气湍流强度廓线的装置
US20160223364A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Construction Robotics, Llc Laser Positioning System
CN108885264A (zh) * 2015-12-18 2018-11-23 杰拉德·迪尔克·施密茨 对象的实时位置感测
CN105758397A (zh) * 2016-02-14 2016-07-13 中国船舶工业系统工程研究院 一种飞行器摄像定位方法
CN107018341A (zh) * 2017-04-14 2017-08-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种tdi ccd图像传感器以及驱动方法
CN108828500A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 深圳草莓创新技术有限公司 无人机精准的降落引导方法及相关产品
CN108897004A (zh) * 2018-06-28 2018-11-27 中国人民解放军91977部队 一种激光选通成像搜救装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113050023A (zh) * 2019-12-27 2021-06-29 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种非可见光标识定位系统及方法
CN113472433A (zh) * 2021-06-25 2021-10-01 山东航天电子技术研究所 一种适用于激光通信的信标光中心坐标计算误差评价方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9759605B2 (en) Low-orbit satellite-borne image-spectrum associated detection method and payload
CA2554955C (en) Gated imaging
CN100541118C (zh) 物体识别装置
CN102447911B (zh) 图像获取单元、其方法以及相关控制单元
CN105937904B (zh) 勘测装置和用于勘测装置的方法、机器可读介质
KR20220069930A (ko) 라이다 정확도를 위한 시계열 측정 처리
CN104470757B (zh) 立体选通成像系统和方法
TW201835603A (zh) 用於光達之準確光偵測器量測
US20140241731A1 (en) System and method for free space optical communication beam acquisition
US20200284907A1 (en) Systems, methods, and media for single photon depth imaging with improved precision in ambient light
EP3692392B1 (en) Multi-pulse fusion analysis for lidar ranging
US20220191460A1 (en) Obstacle detection method and apparatus and unmanned aerial vehicle
CN109581294A (zh) 一种基于脉冲激光的定位装置及方法
CN106646500A (zh) 一种自适应闭环调整激光测距方法及装置
CA2897778C (en) Enhanced optical detection and ranging
WO2019069260A1 (en) MULTIPLE PULSE WAVE OPTICAL TELEMETRY INSTRUMENT WITH COMPLETE WAVEFORM
CN104464173A (zh) 基于空间图像三维测量的输电线路防外力破坏系统
US11841466B2 (en) Systems and methods for detecting an electromagnetic signal in a constant interference environment
KR20230003089A (ko) 안개 검출 및 적응형 응답 기능이 있는 라이다 시스템
CN110864587A (zh) 导引头瞄准定位方法及瞄准定位系统
CN112292614A (zh) 用于提高lidar系统的成像性能的系统、装置和方法
WO2014025428A2 (en) Light ranging with moving sensor array
CN105182321B (zh) 一种提高外场重频激光光斑测量距离的方法
CN111693966A (zh) 一种天文定位的激光雷达的视场匹配装置及方法
JP2017075781A (ja) ３次元計測システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190405