CN110988903B - 一种激光面扫描目标定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光面扫描目标定位系统及方法，所述系统包括：多个基站，各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向待测目标物体的激光面交线定位器上；激光面交线定位器，设置于待测目标物体上，用于利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，根据各基站的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置确定待测目标物体的水平坐标位置，通过本发明，可避免现有技术中对目标定位时需要同时对目标进行俯仰角测量来得到2D平面上的位置的问题，同时减少障碍物对目标位置探测的影响。

Description

一种激光面扫描目标定位系统及方法

技术领域

本发明涉及目标定位技术领域，特别是涉及一种激光面扫描目标定位系统及方法。

背景技术

由于激光具有单色性好、方向性强等特点，因此，激光器件已大量应用于激光测距及定位技术中。

激光测距仪是一种利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器。按照测距方法分为相位法测距仪和脉冲法测距仪，脉冲式激光测距仪是在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。相位法激光测距仪是利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离的。

目前，常规的激光测距是将待测目标设置在基站若干距离处，带有激光测距模块的基站必须通过检测自身与待测目标上的某一点距离与俯仰角从而获得真实的二维空间距离(即水平方向上的距离)，这种方式障碍物对目标位置探测影响较大。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种激光面扫描目标定位系统及方法，以避免现有技术中对目标定位时需要同时对目标进行俯仰角测量来得到2D平面上的位置的问题，同时减少了障碍物对目标位置探测的影响。

为达上述及其它目的，本发明提出一种激光面扫描目标定位系统，包括：

多个基站，各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向待测目标物体的激光面交线定位器上。

激光面交线定位器，设置于待测目标物体上，用于利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，根据各基站的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置确定待测目标物体的水平坐标位置。

优选地，所述基站包括：

激光发射器，设置于所述基站上，用于发射特定波长的激光光束，并使激光光束形成激光面墙射向所述待测目标物体；

激光测距模块，用于利用所述激光发射器发射的激光光束测量两两基站之间的距离；

控制模块，用于根据控制使得各基站发射的激光面墙于激光接收面板上形成的映射线重叠时，确定该重叠位置为目标物体的预设位置。

优选地，所述基站还包括驱动所述基站旋转的电机及角度编码器，所述电机与角度编码器连接所述控制模块，所述控制模块根据从所述角度编码器获得的角度信息驱动所述电机驱动所述基站旋转至指定角度。

优选地，所述控制模块通过所述电机与角度编码器驱动基站旋转，当各基站分别发射的激光面墙在所述激光面交线定位器的激光接收面板上形成的映射线相重叠，所述映射线重叠的空间位置为所述目标物体的预设位置。

优选地，所述基站还包括基站位置自校准装置，用于校准所述基站自身的位置，以使基站发出的激光面墙尽可能与水平地面垂直。

优选地，所述激光面交线定位器进一步包括：

激光接收面板，用于接收各基站发射的激光面墙的光，并于所述激光接收面板上形成各基站发射的激光面墙相应的映射线；

面板支撑结构，用于固定并支撑所述激光接收面板；

固定结构，用于将所述激光接收面板固定于所述面板支撑结构上；

映射线位置探测单元，用于探测各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置；

定位控制模块，用于根据所述映射线位置探测单元所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整待测目标物体。

优选地，所述激光接收面板具有显示或反射激光的特性或涂层。

优选地，所述激光面交线定位器还包括倾斜角度检测仪，设置于所述激光接收面板上，以用于检测所述激光接收面板的倾斜角度。

优选地，所述激光面交线定位器还包括显示装置，其连接定位控制模块，以用于显示所述待测目标物体当前的偏移量。

为达到上述目的，本发明还提供一种激光面扫描目标定位方法，包括如下步骤：

步骤S1，各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向目标物体的激光面交线定位器上；

步骤S2，于待测目标物体上设置激光面交线定位器，所述激光面交线定位器利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，确定各激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置；

步骤S3，根据所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定待测目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整待测目标物体。

与现有技术相比，本发明一种激光面扫描目标定位系统及方法通过各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向目标物体的激光面交线定位器上，于待测目标物体上设置激光面交线定位器，所述激光面交线定位器利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，确定各激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置，最后根据所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定待测目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整待测目标物体，规避了地面不平整性和障碍物对激光测距的影响，达到操作简单并且精准的定位效果。

附图说明

图1为本发明一种激光面扫描目标定位系统的结构示意图；

图2为本发明一种激光面扫描目标定位方法的步骤流程图；

图3a-图3e为本发明实施例之激光面扫描目标定位工作原理示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种激光面扫描目标定位系统的结构示意图。如图1所示，本发明一种激光面扫描目标定位系统，包括：

多个基站10，各基站利用设置于基站10上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向待测目标物体的激光面交线定位器20上。

激光面交线定位器20，设置于目标物体上，用于利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，根据各基站的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置确定待测目标物体的水平坐标位置。

具体地，基站10包括：

激光发射器101，设置于所述基站10上，用于发射特定波长的激光光束，并使激光光束形成激光面墙射向目标物体。在本发明具体实施例中，所述激光发射器101具有可使激光束形成激光面墙的光学系统，例如激光振镜，但本发明不以此为限，只要能使出射的激光光束形成激光面墙的激光发射器，均可应用于本发明。

激光测距模块102，用于利用激光发射器101发射的激光光束测量两两基站之间的距离。在本发明具体实施例中，对于两两基站来说，设定其一个为主站，另一个为辅站，辅站上的激光测距模块102为反光镜或反光板，主站上的激光测距模块102则包括激光接收器，当主站上的激光发射器101发射的激光光束射至该反光镜或反光板，反射回的光被主站上的激光接收器接收，从而实现两两基站之间的距离。在本发明中，当确认了两个基站间的距离，并以两基站的连线为坐标一轴(如x轴)确认坐标系，从而就可以确定预设目标的位置。

控制模块103，用于控制使得各基站发射的激光面墙于激光接收面板上形成的映射线重叠时，确定该重叠位置为目标物体预设位置。以两个基站为例，通过控制基站的旋转角度，当两个基站A、B分别发射激光面墙a、b在激光面交线定位器20的激光接收面板上形成的映射线相重叠，此时目标物体所处位置则为目标物体的预设位置。

优选地，所述基站10还包括驱动基站旋转的电机104及高精度角度编码器105，所述电机104与角度编码器105连接所述控制模块103，所述控制模块 103根据从所述角度编码器105获得角度信息驱动所述电机104驱动基站旋转至指定角度。也就是说，所述基站10利用电机104与角度编码器105进行360度旋转，在本发明具体实施例中，所述角度编码器105可以内置于所述电机104 内，本发明不以此为限。也就是说，本发明依据的是角边角定三角形的原理，由于两基站有角编码器，定位时可以检测角度变化，即角度为已知条件，再结合两基站直线距离，实现目标定位。

优选地，所述基站10还包括基站位置自校准装置106，用于校准基站10 自身的位置。在本发明具体实施例中，各基站所发射向目标物体的激光面墙应尽可能垂直于水平地面，因此，可利用基站位置自校准装置106对基站进行自校准，以使得各基站所发出的激光面墙尽量于水平地面垂直。在本发明具体实施例中，所述基站位置自校准装置106可通过设置两个维度的自动调平的云台实现，或者手动调平的云台如常见的光机械平台，由于通过云台来实现位置校准采用的是现有成熟技术，在此不予赘述。

在本发明具体实施例中，所述激光面交线定位器20进一步包括：

激光接收面板201，用于接收各基站发射的激光面墙的光，并于所述激光接收面板上形成各基站发射的激光面墙相应的映射线。在本发明具体实施例中，激光接收面板201具有显示(反射)激光的特性或涂层，以于接收到各基站所发射的激光面墙的光时，于面板上形成相应的映射线。

面板支撑结构202，用于固定并支撑所述激光接收面板201。在本发明具体实施例中，所述面板支撑结构202为柱状结构，所述激光接收面板201固定于该柱状结构上，并可调节所述激光接收面板201的高度，所述激光接收面板 201可采用U形夹、卡扣、磁吸或者电动方式如电机配合丝杆等常用方式固定于该柱状结构上，本发明不以此为限。

固定结构203，用于将所述激光接收面板201固定于所述面板支撑结构202 上。在本发明具体实施例中，可于所述激光接收面板201的背面设置有固定结构，所述固定结构203可采用现有方式中的任意固定结构，只需将激光接收面板201固定于所述柱状的面板支撑结构上即可。

映射线位置探测单元204，用于探测各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置。在本发明一实施例中，所述映射线位置探测单元采用设置于所述激光接收面板201上的电荷耦合元件(CCD)或位置敏感探测器(PSD)等可以检测光的元件，以通过检测各基站的激光面墙照射于所述激光接收面板上的光，进而确定相应的映射线的位置，具体地，于所述激光接收面板201上设多条平行的二维PSD，激光面墙打到激光接收面板上各条PSD反映的位置不同，利用多点成线的方式检测激光面，这种方式激光接收面板上不需要反光涂料，或者于激光接收面板201上涂上显示或反射光的材料，图层，并在结构上任何可以看见反光板的位置设照相机内含CCD或CMOS，来观测反光板上的激光面，从而进而确定相应的映射线的位置在本发明另一实施例中，所述映射线位置探测单元204可通过摄像装置捕捉图像，对捕捉的图像进行图像分析进而确定相应的映射线的位置，由于具体的图像分析处理采用的是现有的图像分析处理技术，在此不予赘述。

定位控制模块205，用于根据映射线位置探测单元204所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整目标物体，以使目标物体最终移动到目标位置预设位置上。也就是说，本发明可以通过调节激光接收面板的高度，使得各基站发射的激光面可以照射到所述激光接收面板上，定位控制模块205通过分析各映射线在所述面板上的形态特点(如间距、角度、线条粗细等)计算出目标物体距离预设位置的偏差，从而可对目标物体的位置做进一步的调整，将目标物体移动到预设位置上，即最终使各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线重叠。

可见，本发明规避了地面不平整性和障碍物对激光测距的影响，达到操作简单并且精准的定位效果。

优选地，激光面交线定位器20还包括倾斜角度检测仪，设置于激光接收面板201上，以用于检测所述激光接收面板201的倾斜角度。一般来说，为了精确的定位效果，激光接收面板201的设置应垂直于水平地面，当根据倾斜角度检测仪的检测结果，激光接收面板201不是垂直于水平地面状态时，应调节激光接收面板201，以使得其垂直于水平地面，具体地，所述激光面交线定位器 20检测得到的角度信息可供给操作人员手动调整，或供给固定在其他可以自动调整水平位置的可移动待测目标小车上，以实现调整。

优选地，所述激光面交线定位器20还包括显示装置，其连接定位控制模块205，以用于显示目标物体当前的偏移量，也就是说，当定位控制模块205分析出目标物体距离预设位置的偏差时，可通过显示装置进行结果显示，以便工作人员进行调整。

图2为本发明一种激光面扫描目标定位方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种激光面扫描目标定位方法，包括如下步骤：

步骤S1，各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向目标物体的激光面交线定位器上。

在本发明具体实施例中，利用所述激光发射器向待识别目标发射垂直于水平地面的激光面墙，所述激光发射器发射激光面墙的方式可以通过使普通激光发射器转动不同角度连续发射出射光束从而形成垂直于水平地面的激光面墙，也可以采用现有的可发射激光面墙的激光发射器，本发明不以此为限。

步骤S2，于待测目标物体上设置激光面交线定位器，所述激光面交线定位器利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，确定各激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置。

在本发明具体实施例中，所述激光接收面板具有显示(反射)激光的特性或涂层，以于接收到各基站所发射的激光面墙的光时，于面板上形成相应的映射线，于步骤S2中，利用映射线位置探测单元来探测各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置。在本发明一实施例中，所述映射线位置探测单元采用设置于所述激光接收面板上的电荷耦合元件(CCD)，位置敏感探测器(PSD)等可以检测光的元件，以通过检测各基站的激光面墙照射于所述激光接收面板上的光，进而确定相应的映射线的位置。在本发明另一实施例中，所述映射线位置探测单元可通过摄像装置捕捉图像，对捕捉的图像进行图像分析进而确定相应的映射线的位置。

步骤S3，根据所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定待测目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整待测目标物体，以使待测目标物体最终移动到目标位置预设位置上。也就是说，本发明可以通过调节激光接收面板的高度，使得各基站发射的激光面可以照射到所述激光接收面板上，并通过分析各线在所述板上的形态则计算出目标物体距离预设位置的偏差，从而对目标物体的位置做进一步的调整，将目标物体移动到预设位置上，即最终使各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线重叠。

以下将配合图3a-图3e说明本发明的工作原理：

在本实施例中，以两个基站A、B为例，首先基站A和B分别发射出垂直于水平地面的激光面墙a和b，首先通过控制两个基站的旋转角度以控制各基站发射的激光面墙在激光接收面板上的映射线在激光接收面板上重叠，即形成交界I(如图3c)，确定其在空间中的位置作为目标物体预设位置。

当待测目标物体携带激光面交线定位器20处于两激光墙交界I附近时，所述接收面板上会显示出两条映射线1和2，通过分析映射线在接收面板上的形态可以计算出待测目标物体距离预设位置的偏差，从做进一步的调整，如图3a所示，两条相平行的映射线打在激光接收面板上，此情况说明激光接收面板处于与地面垂直状态，但与预设目标还有一定的距离误差，如图3b所示，两条相交的映射线打在面板上，此情况说明激光接收面板倾斜状态，但基本处于预设目标点位置附近，如图3c所示为激光接收面板处于预设目标位置上，此为理想状态，如图3d所示，只有其中一面激光墙打在面板上，此情况说明激光接收面板距离预设目标位置较大，使仅有一道激光束打在了面板上(当然图3c也有可能是同样的情况，需进一步判别)，如图3e所示，激光接收面板上没有映射线，即两面激光墙都没有打在面板上，此情况说明激光接收面板完全偏离两个激光面，需要进一步调整至预设目标附近，全部情况下，可通过分析两条映射线在激光接收面板上的线宽，线距，角度变化来判断面板应朝哪个方位移动。如图 3a所示，假设线距由前一刻的10cm变成了5cm，则说明运动方向是朝预设目标位置，则应继续向同一方向行进接近目标。

综上所述，本发明一种激光面扫描目标定位系统及方法通过各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向目标物体的激光面交线定位器上，于待测目标物体上设置激光面交线定位器，所述激光面交线定位器利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，确定各激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置，最后根据所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定待测目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整待测目标物体，规避了地面不平整性和障碍物对激光测距的影响，达到操作简单并且精准的定位效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (9)

1.一种激光面扫描目标定位系统，包括：

多个基站，各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向待测目标物体的激光面交线定位器上；

激光面交线定位器，设置于待测目标物体上，用于利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，根据各基站的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置确定待测目标物体的水平坐标位置；

所述激光面交线定位器进一步包括：

激光接收面板，用于接收各基站发射的激光面墙的光，并于所述激光接收面板上形成各基站发射的激光面墙相应的映射线；

面板支撑结构，用于固定并支撑所述激光接收面板；

固定结构，用于将所述激光接收面板固定于所述面板支撑结构上；

映射线位置探测单元，用于探测各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置；

定位控制模块，用于根据所述映射线位置探测单元所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整待测目标物体。

2.如权利要求1所述的一种激光面扫描目标定位系统，其特征在于，所述基站包括：

激光发射器，设置于所述基站上，用于发射特定波长的激光光束，并使激光光束形成激光面墙射向所述待测目标物体；

激光测距模块，用于利用所述激光发射器发射的激光光束测量两两基站之间的距离；

控制模块，用于根据控制使得各基站发射的激光面墙于激光接收面板上形成的映射线重叠时，确定该重叠位置为目标物体的预设位置。

3.如权利要求2所述的一种激光面扫描目标定位系统，其特征在于：所述基站还包括驱动所述基站旋转的电机及角度编码器，所述电机与角度编码器连接所述控制模块，所述控制模块根据从所述角度编码器获得的角度信息驱动所述电机驱动所述基站旋转至指定角度。

4.如权利要求3所述的一种激光面扫描目标定位系统，其特征在于：所述控制模块通过所述电机与角度编码器驱动基站旋转，当各基站分别发射的激光面墙在所述激光面交线定位器的激光接收面板上形成的映射线相重叠，所述映射线重叠的空间位置为所述目标物体的预设位置。

5.如权利要求3所述的一种激光面扫描目标定位系统，其特征在于：所述基站还包括基站位置自校准装置，用于校准所述基站自身的位置，以使基站发出的激光面墙尽可能与水平地面垂直。

6.如权利要求1所述的一种激光面扫描目标定位系统，其特征在于：所述激光接收面板具有显示或反射激光的特性或涂层。

7.如权利要求1所述的一种激光面扫描目标定位系统，其特征在于：所述激光面交线定位器还包括倾斜角度检测仪，设置于所述激光接收面板上，以用于检测所述激光接收面板的倾斜角度。

8.如权利要求1所述的一种激光面扫描目标定位系统，其特征在于：所述激光面交线定位器还包括显示装置，其连接定位控制模块，以用于显示所述待测目标物体当前的偏移量。

9.一种激光面扫描目标定位方法，包括如下步骤：

步骤S1，各基站利用设置于基站上的激光发射器发射激光光束，并形成激光面墙射向目标物体的激光面交线定位器上；

步骤S2，于待测目标物体上设置激光面交线定位器，所述激光面交线定位器利用一激光接收面板接收各基站发射的激光面墙的光，确定各激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置；

步骤S3，根据所探测到的各基站发射的激光面墙于所述激光接收面板上形成的映射线的位置相对关系，确定待测目标物体距离预设位置的偏差，以根据该偏差进一步调整待测目标物体。

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