CN110470858A - 一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置以及方法 - Google Patents

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王浩
董森
刘广森
闫阿奇
闫肃
曹剑中
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light

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Abstract

本发明提出一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置以及方法，解决了现有技术难以在强光环境下分辨高速运动目标的问题。该装置包括激光光源和探测装置，分别设置于目标预定运动区域的两侧；激光光源的波段区别于环境光的波段，发出的激光作为目标探测的背景光，覆盖目标预定运动区域；探测装置包括光学组件和探测器组件，其中光学组件中包含光学带通滤波器，仅允许所述激光光源的波段通过。这样以激光作为目标探测的背景光，探测装置获得的图像中的“暗斑”部位表征了运动目标的位置，从而可简便、有效识别出运动目标轨迹。

Description

一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置以及方法
技术领域
本发明涉及一种在亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置以及方法。
背景技术
在一些强光环境中，如何测量运动目标的运动轨迹非常困难；由于环境光很强，运动目标的反射光可能“淹没”在环境光中，反射光最终不能被探测器所识别，因而不能识别运动目标的运动轨迹。
对于高速运动的物体，采用逆光法是一种有效的测量运动目标轨迹的方法，但是在强光环境下，“背景”光也将无法识别。
发明内容
本发明提出一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置以及方法，解决了现有技术难以在强光环境下分辨高速运动目标的问题。
本发明的发明构思如下：
对通常的亮光环境用光谱仪测试，可知其主要能量集中在可见光波段，在激光波段能量相对较弱；同时，激光具有功率高、能量强、强穿透力、单一波长的特性，其能量在激光波段远远高于亮光环境中的其他波长。本发明以激光作为“背景”，对运动目标进行测量，由于亮光环境中的激光波段(例如1064nm)相对较少，而激光的能量非常强，背景光与环境光能够形成强烈对比；再通过带通滤波器将激光波段以外的能量衰减掉，只探测“背景”光，此时背景是“亮”的，目标是“暗”的，从而对运动目标进行识别并测量速度。
基于此，本发明提出的解决方案如下：
一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，包括激光光源和探测装置，分别设置于目标预定运动区域的两侧；所述激光光源的波段区别于环境光的波段，发出的激光作为目标探测的背景光，覆盖目标预定运动区域；所述探测装置包括光学组件和探测器组件，其中光学组件中包含光学带通滤波器，仅允许所述激光光源的波段通过。
优选地，激光光源采用点光源阵列。点光源阵列越密集，则探测成像效果越高。当然，激光光源也可以整形为面光源，只是一定程度上降低了激光能量。
优选地，激光光源的出光方向与探测装置所处光轴平行。
优选地，激光光源的波段为1064nm。当然，也可以是其他激光波段，如1073nm。
优选地，探测装置的光学组件还对激光产生汇聚作用，其前端幅面覆盖目标预定运动区域，后端适配探测器组件。
相应的，通过构建上述亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，以激光作为目标探测的背景光，探测装置获得的图像中的“暗斑”部位表征了运动目标的位置，从而可识别出运动目标轨迹。
再根据运动目标轨迹，即可计算运动目标速度式中，L为T1时刻与T2时刻之间的运动目标运动的距离。
本发明具有以下优点：
本发明结构简明，便于实施，对于强光环境中的高速目标轨迹能够进行有效识别。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为点光源(激光)阵列的示意图。
图3为获取到的图像的示意图。
图4为运动速度计算的示意图。
附图标号说明：
1-激光光源；2-运动目标；3-探测装置；
101-点光源；102-图像上的点光源(光斑)；202-图像上的运动目标。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例，对本发明作进一步详述。
如图1所示，激光光源和探测装置分别设置于目标预定运动区域的两侧；激光光源的波段区别于环境光的波段，发出的激光作为目标探测的背景光，覆盖目标预定运动区域。
每个点激光光源的波长均为1064nm。激光具有高亮度、方向性好、单色性好特点，以平行光向探测装置发光，如图2所示。
探测装置包括光学组件和探测器组件。亮光环境包含了各个谱段的光强能量，探测装置的光学组件中特别设置光学带通滤波器(1064nm)，只通过激光波段的光学能量，其余部分能量均衰减掉。亮光环境中1064nm波段的能量非常弱，因此，亮光环境被探测装置感知的能量非常小，可以忽略不计。相应选择的探测器组件在1064nm波段有很高的响应。
激光光束能量很强，方向性好，以平行光向探测装置发光，除了被“被观测目标”挡住的激光外，其余光均被探测装置接收。当目标经过时，可以看到如图3所示的图像，虽然亮光环境能量很强，但是在1064nm波段与激光的能量相比非常弱。因此，以激光作为背景，能够将目标进行有效识别。
参见图4，可根据下面公式计算运动目标的速度：
其中：L为T1时刻与T2时刻之间的运动目标运动的距离。

Claims (7)

1.一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，其特征在于，包括激光光源和探测装置，分别设置于目标预定运动区域的两侧；所述激光光源的波段区别于环境光的波段，发出的激光作为目标探测的背景光，覆盖目标预定运动区域；所述探测装置包括光学组件和探测器组件，其中光学组件中包含光学带通滤波器，仅允许所述激光光源的波段通过。
2.根据权利要求1所述的亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，其特征在于：所述激光光源采用点光源阵列。
3.根据权利要求1所述的亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，其特征在于：所述激光光源的出光方向与探测装置所处光轴平行。
4.根据权利要求1所述的亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，其特征在于：所述激光光源的波段为1064nm。
5.根据权利要求1所述的亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，其特征在于：所述探测装置的光学组件还对激光产生汇聚作用，其前端幅面覆盖目标预定运动区域，后端适配探测器组件。
6.一种亮光环境下高速运动目标轨迹的识别方法，其特征在于：构建权利要求1所述亮光环境下高速运动目标轨迹的识别装置，以激光作为目标探测的背景光，探测装置获得的图像中的“暗斑”部位表征了运动目标的位置，从而识别出运动目标轨迹。
7.一种亮光环境下高速运动目标速度的测量方法，其特征在于：根据权利要求6所述识别方法得到的运动目标轨迹，计算运动目标速度式中，L为T1时刻与T2时刻之间的运动目标运动的距离。
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