CN111707446A - 光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法及系统，该方法包括采集并处理探测器的初始图像以确定初始图像中光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置；按照设定条件调整光斑和探测器的方向，并依次采集并处理每次调整后探测器的实时图像以确定每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置；基于每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置确定每个实时图像中光斑在初始图像中对应的实时位置；基于光斑的初始中心位置和多个实时位置确定校准中心，并将探测器接收面的中心调节至校准中心所在的位置。该方法能够大大提高光斑中心和探测器接收面中心的对准精度，并节省大量的调节时间。

Description

光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法及系统

技术领域

本发明涉及激光雷达光学装调技术领域，尤其涉及一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法及系统。

背景技术

在光学接收系统中，经常需要对光斑中心和探测器接收面中心进行调校，以使光斑中心和探测器接收面中心对准。

目前，一般通过工作人员肉眼观察以对光斑中心和探测器接收面的中心进行调节，从而使光斑中心和探测器接收面中心对准；然而，通过肉眼观察并调节光斑中心和探测器接收面中心，以实现二者的中心对准，不仅误差较大，且需要花费较长的调节时间。

发明内容

本申请提供一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法及系统，该方法能够大大提高光斑中心和探测器接收面中心的对准精度，同时节省了大量的调节时间。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法。该光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法包括：采集探测器的初始图像，并对初始图像进行处理以确定初始图像中光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置；按照设定条件调整光斑和探测器的方向，并依次采集每次调整后探测器的实时图像，并对实时图像进行处理以确定每个实时图像中的光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置；基于每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置确定每个实时图像中光斑在初始图像中对应的实时位置；基于光斑的初始中心位置和多个实时位置确定校准中心，并将探测器接收面的中心调节至校准中心所在的位置。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种光斑与探测器接收面中心对准的调节系统。该光斑与探测器接收面中心对准的调节系统包括探测器、反光镜、摄像装置、转台和图像处理装置；其中，探测器包括探测器接收面；反光镜设置在激光的传播路径上，用于调整激光的传播方向以使激光的光斑始终形成在探测器接收面上；摄像装置设置在探测器接收面的正对位置，用于采集探测器的图像；其中，图像中包括光斑和探测器接收面；探测器设置在转台上，转台用于调节探测器的方向；图像处理装置与摄像装置连接，用于对采集到的图像进行处理，以确定每个图像中的光斑的中心位置和探测器接收面的中心位置；并基于多个光斑的中心位置和探测器接收面的中心位置确定校准中心。

本申请提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法及系统，该调节方法通过采集探测器的初始图像，并对初始图像进行处理以确定光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置；然后按照设定条件调整光斑和探测器的方向，并依次采集每次调整后探测器的实时图像，之后对实时图像进行处理以确定每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置；之后再基于每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置确定每个实时图像中光斑在初始图像中对应的实时位置，并基于光斑的初始中心位置和多个实时位置确定校准中心，最后将探测器接收面的中心调节至校准中心所在的位置，以实现光斑中心和探测器接收面中心的对准；该方法与现有技术中通过肉眼观测以对光斑中心和探测器接收面中心进行调节，从而实现光斑中心和探测器接收面中心对准的方法相比，不仅大大提高了光斑中心和探测器接收面中心的对准精度，且节省了大量的调节时间。

附图说明

图1为本申请第一实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法的流程图；

图2为本申请一实施例提供的探测器的初始图像的示意图；

图3为本申请一实施例提供的探测器转动一定角度之后采集的实时图像的示意图；

图4为图1中步骤S13的子流程图；

图5为本申请第二实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法的流程图；

图6为本申请一实施例提供的探测器、转台和摄像装置的位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。

请参阅图1，图1为本申请第一实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法的流程图；在本实施例中，提供一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，该方法具体包括：

步骤S11：采集探测器的初始图像，并对初始图像进行处理以确定初始图像中光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置。

在实际应用中，光斑可通过激光雷达发射激光并经反光镜反射以形成在探测器的探测器接收面上；当光斑形成在探测器的探测器接收面上之后，利用摄像装置采集探测器的初始图像，以作为基准图像；具体的，该初始图像可参见图2，图2为本申请一实施例提供的探测器的初始图像的示意图；可以理解的是，该初始图像中包括光斑和探测器接收面。其中，摄像装置具体可为相机。

具体的，对初始图像进行处理以确定光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置的步骤具体包括对采集到的初始图像依次进行模板匹配、二值化、圆拟合处理，以确定初始图像中探测器接收面的初始中心位置；其中，对采集到的初始图像进行模板匹配、二值化、圆拟合处理的具体实施过程可参见现有技术中对图像进行模板匹配、二值化、圆拟合处理的具体实施过程，且可实现相同或相似的技术效果，在此不再赘述。同样，对采集的初始图像依次进行二值化处理和整体像素确定，然后求取光斑的初始中心位置，其中，二值化处理、整体像素确定、求取光斑的中心位置的具体实施过程与现有技术中二值化处理、整体像素确定及求取目标的中心位置的具体实施过程相同或相似，且可实现相同或相似的技术效果，在此不再赘述。

具体的，上述光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置具体可为像素坐标。

步骤S12：按照设定条件调整光斑和探测器的方向，并依次采集每次调整后探测器的实时图像，并对实时图像进行处理以确定每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置。

具体的，步骤S12具体包括按照设定条件调整探测器的方向，然后再按照设定条件调整光斑的方向，以在探测器的方向改变之后能够使光斑持续形成在探测器接收面上；之后采集每次调整后的探测器的实时图像；可以理解的是，在采集探测器的实时图像时，实时图像中同时包括探测器接收面和光斑。

在一实施例中，探测器具体设置在转台上，其具体可通过转动转台以调整探测器的方向，然后转动反光镜以对光斑的方向进行调整，之后再利用摄像装置依次采集每次调整后的探测器的实时图像。其中，基于图2转动一定角度之后的实时图像具体可参见图3，图3为本申请一实施例提供的探测器转动一定角度之后采集的实时图像的示意图。在一具体实施过程中，转动转台和反光镜的转动角度具体可为90°-120°，这样能够保证在左、中、右三个方向上都可以对应一光斑的位置，代表性较强，能够大大提高基于光斑的实时位置和光斑的初始中心位置以进行光斑中心和探测器接收面中心对准的对准精度；可以理解的是，若是转动角度小于90°，则采集到的实时图像中光斑所对应在初始图像中的实时位置会与光斑的初始中心位置集中在一侧，这样构建出的设定图形无法保证最终计算的准确性。

具体的，对实时图像进行处理以确定每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置的具体实施过程与上述对初始图像进行处理以确定初始图像中光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置的具体实施过程相同或相似，且可实现相同或相似的技术效果，具体可参见上述文字描述，在此不再赘述。

步骤S13：基于每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置确定每个实时图像中的光斑在初始图像中对应的实时位置。

具体的，参见图4，图4为图1中步骤S13的子流程图；步骤S13具体包括：

步骤S131：获取每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置的直线距离。

具体的，获取每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置的直线距离可参见现有技术中求取两点之间的直线距离的方法进行获取；比如，在一实施例中，探测器接收面的实时中心位置所对应的像素坐标为(90，100)；光斑的实时中心位置所对应的像素坐标为(50，50)，则二者的直线距离△L为

步骤S132：以探测器接收面的初始中心位置为参考，根据直线距离、探测器接收面的初始中心位置和探测器的转动角度确定每个实时图像中光斑在初始图像中对应的实时位置。

具体的，对于图像当中的旋转，假设图像的宽度*高度＝col*row，图像中的某个像素P(x1，y1)绕着某个像素点Q(x2，y2)旋转θ角度后，则该像素点的新坐标位置为(x，y)，其计算公式(1)为：

x1＝x1；y1＝row-y1；

x2＝x2；y2＝row-y2；

x＝(x1-x2)*cos(pi/180*θ)-(y1-y2)*sin(pi/180*θ)+x2；

y＝(x1-x2)*sin(pi/180*θ)+(y1-y2)*cos(pi/180*θ)+y2；

x＝x；y＝row-y。

具体的，下面结合一具体实施例对步骤S132进行详细说明。

比如，在初始图像中，探测器接收面的初始中心位置所对应的像素坐标为(100，100)，光斑的初始中心位置所对应的像素坐标为(100，50)；探测器和光斑绕探测器接收面的初始中心位置转动90°之后，采集的实时图像中，探测器接收面的实时中心位置所对应的像素坐标为(90，100)，光斑的实时中心位置所对应的像素坐标为(50，50)；则根据实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置的直线距离△L，计算出该实时图像中的光斑对应的实时中心位置在初始图像中的位置坐标(x1，y1)，之后将该坐标(x1，y1)、以及探测器接收面的初始中心位置对应的像素坐标(100，100)和转动角度90°输入上述公式(1)，以计算得出旋转90°之后光斑在初始图像所对应像素坐标系中的新像素坐标位置，即实时位置。

步骤S14：基于光斑的初始中心位置和多个实时位置确定校准中心，并将探测器接收面的中心调节至校准中心所在的位置。

在具体实施过程中，步骤S14具体包括：选取光斑的初始中心位置和设定数量的实时位置组成设定图形，然后确定设定图形的中心，并将该中心确定为校准中心；之后再将探测器接收面的中心调节至校准中心所在的位置，以实现光斑中心和探测器接收面中心的对准。

在一具体实施例中，可选取光斑的初始中心位置和两个实时位置组成三角形，然后确定出三角形的重心位置，并将三角形的重心位置确定为校准中心。其中，两个实时位置可为探测器在初始位置顺时针依次转动两个100°之后所对应的实时位置；当然，在其它实施例中，也可选取光斑的初始中心位置和三个或四个实时位置以组成四角形或五角形，然后确定出四角形或五角形的中心位置，并将四角形或五角形的中心位置确定为校准中心，这样能够进一步提高调节精度。

具体的，探测器上设置有控制旋钮，控制旋钮可用于控制探测器上下、左右移动；在具体实施过程中，当确定校准中心之后，利用控制旋钮控制探测器接收面的中心移动至校准中心所在的位置，以实现光斑中心和探测器接收面中心的对准。

本实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，通过采集探测器的初始图像，并对初始图像进行处理以确定光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置；然后按照设定条件调整光斑和探测器的方向，并依次采集每次调整后探测器的实时图像，之后对实时图像进行处理以确定每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置；之后再基于每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置确定每个实时图像中光斑在初始图像中对应的实时位置，并基于光斑的初始中心位置和多个实时位置确定校准中心，最后将探测器接收面的中心调节至校准中心所在的位置，从而实现光斑中心和探测器接收面中心的对准；该方法与现有技术中通过肉眼观测以对光斑中心和探测器接收面中心进行调节，以实现光斑中心和探测器接收面中心对准的方法相比，不仅大大提高了光斑中心和探测器接收面中心的对准精度，且节省了大量的调节时间。

请参阅图5，图5为本申请第二实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法的流程图；在本实施例中，提供一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，该方法具体包括：

步骤S21：调节探测器接收面的清晰度。

具体的，根据相机界面上显示的探测器的图像，调节控制焦距的旋钮，并通过图像清晰度评价函数计算图像在水平和垂直方向上的梯度值，当水平和垂直方向上的梯度值达到最大时，探测器接收面的清晰度调节完成；这样能够提高图像的清晰度，以获取质量较高的探测器的图像，从而有利于更加精确地对光斑中心和探测器接收面的中心进行对准。

在具体实施过程中，当探测器调节清晰后，软件界面会提醒操作人员清晰度调节完成。

步骤S22：采集探测器的初始图像，并对初始图像进行处理以确定初始图像中光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置。

步骤S23：按照设定条件调整光斑和探测器的方向，并依次采集每次调整后探测器的实时图像，并对实时图像进行处理以确定每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置。

步骤S24：基于每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置确定每个实时图像中的光斑在初始图像中对应的实时位置。

步骤S25：基于光斑的初始中心位置和多个实时位置确定校准中心，并将探测器接收面的中心调节至校准中心所在的位置。

具体的，上述步骤S22至步骤S25的具体实施过程与上述第一实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法中的步骤S11至步骤S14的具体实施过程相同或相似，且可实现相同或相似的技术效果，具体可参见上述相关文字描述，在此不再赘述。

本实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，相比于上述第一实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，不仅能够提高光斑中心和探测器接收面中心的对准精度，节省了大量的调节时间；同时，通过在采集实时图像之前，先对探测器的清晰度进行调节，能够大大提高图像的清晰度，以获取质量较高的探测器的图像，从而有利于更加精确地对光斑中心和探测器接收面的中心进行对准。

在一实施例中，提供一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节系统，该系统包括探测器13、反光镜、摄像装置14、转台12和图像处理装置。

其中，参见图6，图6为本申请一实施例提供的探测器、转台和摄像装置的位置示意图；探测器13包括探测器接收面；探测器13具体设置在转台12上，以通过转台12转动调节探测器13的方向。具体的，探测器13上设置有控制旋钮，控制旋钮可用于控制探测器13上下、左右移动，以对探测器13的中心位置进行调节。

在具体实施例中，该系统还包括调节台11，转台12和反光镜具体设置在调节台11上。

其中，反光镜设置在激光的传播路径上，用于调整激光的传播方向以使激光的光斑始终形成在探测器接收面上；其中，激光可由激光雷达进行发射；可以理解的是，激光雷达发射激光后通过反光镜发射以在探测器接收面上形成光斑。

其中，摄像装置14设置在探测器接收面的正对位置，用于采集不同方向上探测器13的图像；探测器13的图像中包括光斑和探测器接收面；具体的，摄像装置14可为相机。

具体的，当光斑形成在探测器13的探测器接收面上之后，利用摄像装置14采集探测器13的初始图像，以作为基准图像；然后在按照设定条件调整探测器的方向和光斑的方向后，采集每次调整后的探测器的实时图像；可以理解的是，上述初始图像和实时图像中同时包括探测器接收面和光斑。

其中，图像处理装置与摄像装置14连接，用于对采集到的多个图像进行处理，以确定每个图像中的光斑的中心位置和探测器接收面的中心位置；并基于多个光斑的中心位置和探测器接收面的中心位置确定校准中心。

具体的，图像处理装置对采集到的初始图像依次进行模板匹配、二值化、圆拟合处理，以确定初始图像中探测器接收面的初始中心位置；并对采集的初始图像依次进行二值化处理和整体像素确定，然后求取光斑的初始中心位置；具体的，光斑的初始中心位置和探测器接收面的初始中心位置具体可为像素坐标。

具体的，图像处理装置对采集到的实时图像进行处理以确定每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置；然后获取每个实时图像中光斑的实时中心位置和探测器接收面的实时中心位置的直线距离，并以探测器接收面的初始中心位置为参考，根据直线距离、探测器接收面的初始中心位置和探测器的转动角度确定每个实时图像中光斑在初始图像中对应的实时位置；之后再基于光斑的初始中心位置和多个实时位置确定校准中心。

其中，图像处理装置具体可为智能终端，比如，电脑或手机。

本实施例提供的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节系统，利用转台和反光镜对探测器13和光斑的方向进行调整，然后利用摄像装置14采集不同方向上探测器13的图像，之后通过与摄像装置14连接的图像处理装置对采集到的不同方向上的图像进行处理，以确定每个图像的光斑的中心位置和探测器接收面的中心位置，并基于多个光斑的中心位置和探测器接收面的中心位置确定校准中心，最后通过探测器13上的控制旋钮将探测器13的中心移动至校准中心，从而实现对光斑中心和探测器接收面的中心对准。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，包括：

采集探测器的初始图像，并对所述初始图像进行处理以确定所述初始图像中所述光斑的初始中心位置和所述探测器接收面的初始中心位置；

按照设定条件调整所述光斑和所述探测器的方向，并依次采集每次调整后所述探测器的实时图像，并对所述实时图像进行处理以确定每个所述实时图像中所述光斑的实时中心位置和所述探测器接收面的实时中心位置；

基于每个所述实时图像中所述光斑的实时中心位置和所述探测器接收面的实时中心位置确定每个所述实时图像中的所述光斑在所述初始图像中对应的实时位置；

基于所述光斑的初始中心位置和多个所述实时位置确定校准中心，并将所述探测器接收面的中心调节至所述校准中心所在的位置。

2.根据权利要求1所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，所述探测器固定于转台上，所述光斑通过反光镜形成在所述探测器接收面上，所述按照设定条件调整所述光斑和所述探测器的方向，并依次采集每次调整后所述探测器的实时图像的步骤包括：

转动所述转台和所述反光镜，以调整所述光斑和所述探测器的方向，并依次采集每次调整后所述探测器的实时图像。

3.根据权利要求2所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，转动所述转台和所述反光镜的转动角度的范围为90°-120°。

4.根据权利要求2所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，所述基于每个所述实时图像中所述光斑的实时中心位置和所述探测器接收面的实时中心位置确定每个所述实时图像中所述光斑在所述初始图像中对应的实时位置的步骤具体包括：

获取每个所述实时图像中所述光斑的实时中心位置和所述探测器接收面的实时中心位置的直线距离；

以所述探测器接收面的初始中心位置为参考，根据所述直线距离、所述探测器接收面的初始中心位置和所述探测器的转动角度确定每个所述实时图像中所述光斑在所述初始图像中对应的实时位置。

5.根据权利要求4所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，所述基于所述光斑的初始中心位置和多个所述实时位置确定校准中心的步骤包括：

选取所述光斑的初始中心位置和设定数量的所述实时位置组成设定图形；

确定所述设定图形的中心，并将所述中心确定为校准中心。

6.根据权利要求5所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，所述选取所述光斑的初始中心位置和设定数量的所述实时位置组成设定图形的步骤具体包括：

选取所述光斑的初始中心位置和两个所述实时位置组成三角形；

所述确定所述设定图形的中心，并将所述中心确定为校准中心的步骤包括：

确定出所述三角形的重心位置，并将所述三角形的重心位置确定为校准中心。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，所述按照设定条件调整所述光斑和所述探测器的方向，并依次采集每次调整后所述探测器的实时图像的步骤包括：

利用摄像装置采集每次调整后所述探测器的实时图像。

8.根据权利要求1-6任一项所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，所述将所述探测器接收面中心调节至所述校准中心所在的位置的步骤包括：

利用控制旋钮控制所述探测器接收面的中心移动至所述校准中心所在的位置。

9.根据权利要求1-6任一项所述的光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法，其特征在于，所述按照设定条件调整所述光斑和所述探测器的方向，并依次采集每次调整后所述探测器的实时图像的步骤之前，还包括：

调节所述探测器接收面的清晰度。

10.一种光斑与探测器接收面中心对准的调节系统，其特征在于，包括：

探测器，包括探测器接收面；

反光镜，设置在激光的传播路径上，用于调整所述激光的传播方向以使所述激光的光斑始终形成在所述探测器接收面上；

摄像装置，设置在所述探测器接收面的正对位置，用于采集所述探测器的图像；其中，所述图像中包括所述光斑和所述探测器接收面；

转台，所述探测器设置在所述转台上，用于调节所述探测器的方向；

图像处理装置，与所述摄像装置连接，用于对采集到的所述图像进行处理，以确定每个所述图像中的所述光斑的中心位置和所述探测器接收面的中心位置，并基于多个所述光斑的中心位置和所述探测器接收面的中心位置确定校准中心。

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