CN111830525A - 一种激光三角测距系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光三角测距系统，涉及激光测距技术领域，该激光三角测距系统包括激光发射机构、第一反射镜、与第一反射镜成夹角设置的第二反射镜和激光接收机构。其中，激光发射机构用于发射测距激光至待测物体，以使待测物体对测距激光进行漫反射，并由第一反射镜和第二反射镜分别接收到漫反射的第一反射光和第二反射光；第一反射镜和第二反射镜接收到第一反射光和第二反射光之后，对第一反射光和第二反射光进行反射，以使激光接收机构接收到第一反射光和第二反射光，并根据第一反射光和第二反射光生成激光图像。可见，实施这种实施方式能够实现提高激光测距准确性的效果。

Description

一种激光三角测距系统

技术领域

本申请涉及激光测距技术领域，具体而言，涉及一种激光三角测距系统。

背景技术

随着激光技术的不断发展，激光的多种特性被应用于了诸多领域，其中，激光技术在测距领域中发展的十分迅速。目前，大部分工程都在使用激光测距仪进行测距，这正是因为激光测距仪较高的准确度和较高的时效性给人们带来了极大的便利。然而，在实践中发现，目前的激光测距仪虽然具有上述的优点，但是在进行远距离运动测量的场景中，其测量结果会随着距离的变化而发生非线性变化，从而导致测量误差随之增大，进而降低了激光测距的准确性。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光三角测距系统，能够尽可能的避免测量误差，从而提高激光测距的准确性。

本申请实施例提供了一种激光三角测距系统，所述激光三角测距系统包括激光发射机构、第一反射镜、与所述第一反射镜成夹角设置的第二反射镜和激光接收机构，其中，

所述激光发射机构，用于发射线激光至待测物体；

所述第一反射镜，用于接收所述待测物体漫反射所述线激光形成的第一反射光，并反射所述第一反射光至所述激光接收机构；

所述第二反射镜，用于接收所述待测物体漫反射所述线激光形成的第二反射光，并反射所述第二反射光至所述激光接收机构；

所述激光接收机构用于接收所述第一反射光和所述第二反射光，并根据所述第一反射光和所述第二反射光生成激光图像；其中，所述激光图像用于计算所述待测物体和所述激光发射机构之间的测量距离。

在上述实现过程中，该种激光三角测距系统包括激光发射机构、第一反射镜、与第一反射镜成夹角设置的第二反射镜和激光接收机构。其中，激光发射机构用于发射测距激光至待测物体，以使待测物体对测距激光进行漫反射，并由第一反射镜和第二反射镜分别接收到漫反射的第一反射光和第二反射光；此时，第二反射镜与第一反射镜存在固定夹角，第二反射镜的设置位置可以参照第一反射镜逆时针旋转固定夹角后平移的位置；第一反射镜和第二反射镜接收到第一反射光和第二反射光之后，对第一反射光和第二反射光进行反射，以使激光接收机构接收到第一反射光和第二反射光，并根据第一反射光和第二反射光生成激光图像；该激光图像用于计算待测物体和激光发射机构之间的测量距离。可见，实施这种实施方式，能够通过第一反射镜和第二反射镜之间的组合使得激光接收机构获取到两条光线，从而使得其生成的激光图像中具有相应的两条光线，进而可以自动选取精确度更高的一条光线进行测量距离的计算，以实现提高激光测距准确性的效果。

进一步地，所述激光发射机构包括半导体激光器和发射透镜组件，所述半导体激光器和所述发射透镜组件同光轴设置，其中，

所述半导体激光器，用于发射激光；

所述发射透镜组件，用于接收所述激光，对所述激光进行整形处理得到线激光，并将所述线激光投射至所述待测物体。

在上述实现过程中，半导体激光器和发射透镜组件同光轴设置，半导体激光器发射激光之后，该激光就直接进入发射透镜组件，经由该发射透镜组件进行整形处理之后得到线激光，该线激光能够在待测物体表面发生漫反射，依据该漫反射得到的光束能够计算出激光发射机构与待测物体之间的距离，测量方法简单易行。

进一步地，所述发射透镜组件包括准直透镜组、聚焦透镜组和线激光整形透镜组，其中，所述准直透镜组、所述聚焦透镜组以及所述线激光整形透镜组三者同光轴设置。

在上述实现过程中，通过准直透镜组合聚焦透镜组能够将半导体激光器发射的激光进行准直整形处理和聚焦处理，进而提升半导体激光器发射的激光的利用率，也有利于后续线激光整形透镜组进行线激光整形处理的精度，进而提升距离测量的精度。

进一步地，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的相交线与所述激光接收机构的光轴相交且相互垂直；

所述第一反射镜与所述第二反射镜之间的夹角范围为0°～5°；其中，所述第二反射镜的位置能够通过逆时针旋转并平移所述第一反射镜进行确定。

在上述实现过程中，将第一反射镜与第二反射镜之间的夹角范围维持在0°～5°的范围内，有利于保证距离测量的准确度。

进一步地，所述激光接收机构包括成像透镜组件、带通滤光片以及二维图像传感器，所述成像透镜组和所述带通滤光片同光轴设置，其中，

所述成像透镜组，用于接收所述第一反射光得到第一成像光，接收所述第二反射光得到第二成像光；

所述带通滤光片，用于接收所述第一成像光和所述第二成像光，并分别对所述第一成像光和所述第二成像光进行带通滤光处理，得到第一过滤光和第二过滤光；

所述二维图像传感器，用于根据所述第一过滤光和所述第二过滤光生成激光图像。

在上述实现过程中，通过成像透镜组可以接收第一反射光和第二反射光，得到相对应的第一成像光和第二成像光，然后带通滤光片对第一成像光和第二成像光进行带通滤光处理，以减少杂质光的干扰，有利于提升二维图像传感器的成像精度，进而有利于提升提高激光测距的准确性。

进一步地，当待测物体位于标准测量点b₀时，第一过滤光位于所述激光图像正中间b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀远离所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第一物方距离a₀b₀，确定第一过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第一像方距离a₂₁b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀靠近所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第二物方距离c₀b₀，确定第一过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第二像方距离c₂₁b₂₁；其中，

(a₂₁b₂₁/a₀b₀)<(c₂₁b₂₁/c₀b₀)。

在上述实现过程中，根据该公式可以得知第一过滤光会因为被测物体的位置不同而在激光图像中呈现于不同位置，此时远距离下的成像分辨率比近距离下更小，其原因是因为在a₀b₀＝c₀b₀时，c₂₁b₂₁大于a₂₁b₂₁，这就使得a₂₁b₂₁距离中间距离较短，导致误差较大，从而降低了其成像分辨率。也正是基于此，第二反射镜的引入可以获取到第二过滤光，从而通过第二过滤光来进行更高精度的计算，进而实现整体精确度的提高。

进一步地，当待测物体位于标准测量点b₀时，第一过滤光位于所述激光图像正中间b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀远离所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第一物方距离a₀b₀，确定第二过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第三像方距离a₂₂b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀靠近所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第二物方距离c₀b₀，确定第二过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第四像方距离c₂₂b₂₁；其中，

(a₂₂b₂₁/a₀b₀)<(c₂₂b₂₁/c₀b₀)。

在上述实现过程中，根据该公式可以得知第一过滤光会因为被测物体的位置不同而在激光图像中呈现于不同位置，此时远距离下的成像分辨率较上述内容有所增大，从而可以进行更加准确的测量距离的计算，进而实现整体精确度的提高。

进一步地，所述激光三角测距系统还包括控制处理器，其中，

所述控制处理器，用于输出触发信号至所述激光发射机构；所述触发信号用于触发所述激光发射机构发射所述线激光至所述待测物体；

所述控制处理器，还用于获取所述激光图像，并根据所述激光图像进行计算，得到所述待测物体和所述激光发射机构之间的测量距离。

在上述实现过程中，通过控制处理器能够控制激光发射机构发射线激光至待测物体，进而启动距离测量功能，该控制处理器还能够根据二维图像传感器得到的激光图像，计算出待测物体和激光发射机构之间的测量距离，控制步骤简单，有利于提升距离测量效率。

进一步地，所述控制处理器包括控制电路，其中，

所述控制电路与所述激光发射机构通讯连接，用于输出所述触发信号至所述激光发射机构；所述触发信号用于触发所述激光发射机构发射所述线激光至所述待测物体。

在上述实现过程中，该控制电路能够通过触发信号来控制激光发射机构发射线激光至待测物体，进而启动距离测量功能，控制步骤简单，适用性强，有利于提升距离测量速度。

进一步地，所述控制处理器包括FPGA运算电路，其中，

所述FPGA运算电路与所述激光接收机构通讯连接，用于获取所述激光图像，并根据所述激光图像进行计算，得到所述待测物体和所述激光发射机构之间的测量距离。

在上述实现过程中，通过FPGA运算电路来计算待测物体和激光发射机构之间的测量距离，可编程性强，集成度高，且运算速度快，运算误差小精度高，有利于提高激光测距的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种激光三角测距系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种激光三角测距系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种激光三角测距系统在不同量程范围时的测量原理示意图；

图4a为本申请实施例提供的一种近距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图；

图4b为本申请实施例提供的一种远距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图；

图4c为本申请实施例提供的另一种近距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图；

图4d为本申请实施例提供的另一种远距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图。

图标：100-激光发射机构，110-半导体激光器，120-发射透镜组件，121-准直透镜组，122-聚焦透镜组，123-线激光整形透镜组，200-第一反射镜，300-第二反射镜，400-激光接收机构，410-成像透镜组件，420-带通滤光片，430-二维图像传感器，500-控制处理器，510-控制电路，520-FPGA运算电路，b₂₁-激光图像正中间，a₀-远距离测量点，b₀-标准测量点，c₀-近距离测量点，a₁₁-第一远距离反射点，a₁₂-第二远距离反射点，c₁₁-第一近距离反射点，c₁₂-第二近距离反射点，a₂₁-第一远距离激光线，a₂₂-第二远距离激光线，c₂₁-第一近距离激光线，c₂₂-第二近距离激光线。

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

实施例1

请参看图1，图1为本申请实施例提供的一种激光三角测距系统的结构示意图。如图1所示，该激光三角测距系统包括激光发射机构100、第一反射镜200、与第一反射镜200成夹角设置的第二反射镜300和激光接收机构400，其中，激光发射机构100，用于发射线激光至待测物体。

第一反射镜200，用于接收待测物体漫反射线激光形成的第一反射光，并反射第一反射光至激光接收机构400。

第二反射镜300，用于接收待测物体漫反射线激光形成的第二反射光，并反射第二反射光至激光接收机构400。

本申请实施例中，线激光于待测物体表面发生漫反射，得到多条光束，其中，该多条光束至少包括第一反射光和第二反射光。

本申请实施例中，经待测物体表面漫反射得到的第一反射光和第二反射光，其光路经过二段式反射镜(即第一反射镜200和第二反射镜300)转折时仅对图像进行了拉伸，没有引入额外的像差。

本申请实施例中，第一反射镜200和第二反射镜300的表面镀有反射材质，其中，该反射材质包括铝、银、金、多层介质膜等，对此本申请实施例不作限定。

本申请实施例中，第一反射镜200可以为宽光谱反射或者窄光谱反射镜，第二反射镜300可以为宽光谱反射或者窄光谱反射镜，对此本申请实施例不作限定。

激光接收机构400用于接收第一反射光和第二反射光，并根据第一反射光和第二反射光生成激光图像；其中，激光图像用于计算待测物体和激光发射机构100之间的测量距离。

如图1所示，举例来说，第一反射光的入射角为45°，第一反射光的反射角对应为45°，由激光接收机构400接收第一反射光；第二反射光的入射角为40°，第二反射光的反射角对应为40°；可见，第二反射镜300反射的第二反射光在激光接收机构400中接收时，其对应的激光图片中，第二反射光距离激光图片的正中间较远，也就是说，此时选取第二反射光计算测量距离所得到的结果将会比选取第一反射光计算测量距离所得到的结果要准确一些，即精确度得以提升。

在图1所描述的激光三角测距系统中，该种激光三角测距系统包括激光发射机构100、第一反射镜200、与第一反射镜200成夹角设置的第二反射镜300和激光接收机构400。其中，激光发射机构100用于发射测距激光至待测物体，以使待测物体对测距激光进行漫反射，并由第一反射镜200和第二反射镜300分别接收到漫反射的第一反射光和第二反射光；此时，第二反射镜300与第一反射镜200存在固定夹角，第二反射镜300的设置位置可以参照第一反射镜200逆时针旋转固定夹角后平移的位置；第一反射镜200和第二反射镜300接收到第一反射光和第二反射光之后，对第一反射光和第二反射光进行反射，以使激光接收机构400接收到第一反射光和第二反射光，并根据第一反射光和第二反射光生成激光图像；该激光图像用于计算待测物体和激光发射机构100之间的测量距离。可见，实施图1所描述的激光三角测距系统，能够通过第一反射镜200和第二反射镜300之间的组合使得激光接收机构400获取到两条光线，从而使得其生成的激光图像中具有相应的两条光线，进而可以自动选取精确度更高的一条光线进行测量距离的计算，以实现提高激光测距准确性的效果。

实施例2

参看图2，图2是本申请实施例提供的另一种激光三角测距系统的结构示意图。其中，图2所示的激光三角测距系统是由图1所示的激光三角测距系统进行优化得到的。如图2所示，激光发射机构100包括半导体激光器110和发射透镜组件120，半导体激光器110和发射透镜组件120同光轴设置，其中，半导体激光器110，用于发射激光。

发射透镜组件120，用于接收激光，对激光进行整形处理得到线激光，并将线激光投射至待测物体。

本申请实施例中，半导体激光器110和发射透镜组件120同光轴设置，以共轴的方式排列，组成激光发射机构100。

本申请实施例中，发射透镜组件120包括准直透镜组121、聚焦透镜组122和线激光整形透镜组123，其中，准直透镜组121、聚焦透镜组122以及线激光整形透镜组123三者同光轴设置。

本申请实施例中，半导体激光器110发射激光，该激光会依次通过准直透镜组121、聚焦透镜组122和线激光整形透镜组123，进而被整形为线激光，然后该线激光会投射于待测物体表面。

本申请实施例中，线激光整形透镜组123可以为鲍威尔棱镜、一字镜或波浪镜等，对此本申请实施例不作限定。在实际使用中，可根据不同应用场景选择合适的线激光整形透镜组123进行设置。

作为一种可选的实施方式，第一反射镜200与第二反射镜300之间的夹角范围为0°～5°。

作为一种进一步可选的实施方式，第一反射镜200和第二反射镜300之间的相交线与激光接收机构400的光轴相交且相互垂直；

第一反射镜200与第二反射镜300之间的夹角范围为0°～5°；其中，第二反射镜300的位置能够通过逆时针旋转并平移第一反射镜200进行确定。

本申请实施例中，第一反射镜200与第二反射镜300共同组成二段式反射镜。对于二段式反射镜，第一反射镜200、第二反射镜300的设置角度均可进行调整，以满足放大分辨率或者放大量程的目的，调节方法简单易行。

本申请实施例中，激光接收机构400包括成像透镜组件410、带通滤光片420以及二维图像传感器430，成像透镜组和带通滤光片420同光轴设置，其中，成像透镜组，用于接收第一反射光得到第一成像光，接收第二反射光得到第二成像光。

本申请实施例中，第一反射镜200与成像透镜组件410的光轴成45°夹角，并且放置于该光轴的一侧；第二反射镜300设置于该光轴的另外一侧，与第一反射镜200的夹角为α，α为锐角，且α的范围为0°～5°。第一反射镜200与第二反射镜300于成像透镜组件410的光轴处连接，共同组成二段式反射镜。

带通滤光片420，用于接收第一成像光和第二成像光，并分别对第一成像光和第二成像光进行带通滤光处理，得到第一过滤光和第二过滤光。

本申请实施例中，带通滤光片420是光谱特性曲线透射带两侧邻接截止带的滤光片。根据光谱特性可以分为宽带滤光片和窄带滤光片两种，两种滤光片通常都是组合而成的，应用了光波干涉原理进行制备。

二维图像传感器430，用于根据第一过滤光和第二过滤光生成激光图像。

本申请实施例中，二维图像传感器430为光电图像传感器，二维图像传感器430能够根据第一过滤光和第二过滤光生成光学图像(即激光图像)，还能够将该光学图像转变成一维时序电信号。其中，二维图像传感器430输出的一维时序电信号，还可以通过放大和同步控制处理后，送给图像显示器，进而还原并显示二维的光学图像。

本申请实施例中，二维图像传感器430和成像透镜组可以不是共轴状态，通过将二维图像传感器430往远距离成像区域偏移，配合调整第二反射镜300的角度，可以进一步放大远距离下的测量分辨率及量程。

本申请实施例中，当待测物体位于标准测量点b₀时，第一过滤光位于激光图像正中间b₂₁。

当待测物体位于标准测量点b₀远离激光发射机构100一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第一物方距离a₀b₀，确定第一过滤光与激光图像正中间之间的距离为第一像方距离a₂₁b₂₁。

当待测物体位于标准测量点b₀靠近激光发射机构100一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第二物方距离c₀b₀，确定第一过滤光与激光图像正中间之间的距离为第二像方距离c₂₁b₂₁；其中，

(a₂₁b₂₁/a₀b₀)<(c₂₁b₂₁/c₀b₀)。

本申请实施例中，根据该公式可以得知第一过滤光会因为被测物体的位置不同而在激光图像中呈现于不同位置，此时远距离下的成像分辨率比近距离下更小，其原因是因为在a₀b₀＝c₀b₀时，c₂₁b₂₁大于a₂₁b₂₁，这就使得a₂₁b₂₁距离中间距离较短，导致误差较大，从而降低了其成像分辨率。也正是基于此，第二反射镜300的引入可以获取到第二过滤光，从而通过第二过滤光来进行更高精度的计算，进而实现整体精确度的提高。

本申请实施例中，当待测物体位于标准测量点b₀时，第一过滤光位于激光图像正中间b₂₁。

当待测物体位于标准测量点b₀远离激光发射机构100一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第一物方距离a₀b₀，确定第二过滤光与激光图像正中间之间的距离为第三像方距离a₂₂b₂₁。

当待测物体位于标准测量点b₀靠近激光发射机构100一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第二物方距离c₀b₀，确定第二过滤光与激光图像正中间之间的距离为第四像方距离c₂₂b₂₁；其中，

(a₂₂b₂₁/a₀b₀)<(c₂₂b₂₁/c₀b₀)。

本申请实施例中，根据该公式可以得知第一过滤光会因为被测物体的位置不同而在激光图像中呈现于不同位置，此时远距离下的成像分辨率较上述内容有所增大，从而可以进行更加准确的测量距离的计算，进而实现整体精确度的提高。

请一并参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种激光三角测距系统在不同量程范围时的测量原理示意图。如图3所示，根据待测物体距离激光发射机构100的距离，可以划分出3种不同量程范围a₀、b₀和c₀。其中，激光线平面与成像镜头光轴相交点为标准测量点b₀，其中，标准测量点b₀相对于激光发射机构100的距离，称为安装净距离；大于安装净距离的统称为远距离，设远距离处一待测点为远距离测量点a₀；小于安装净距离的统称为近距离，设近距离一待测点为近距离测量点c₀，并且a₀和b₀之间的距离等于b₀和c₀之间的距离。

在图3中，在a₀、b₀和c₀处的待测物体表面漫反射线激光得到第一反射光和第二反射光，其中第一反射光通过第一反射镜200进行反射，并被成像透镜组收集，随后通过带通滤波片至二维图像传感器430进行成像；同时，第二反射光通过第二反射镜300进行反射，并被成像透镜组收集，随后通过带通滤波片至二维图像传感器430进行成像。

如图3所示，在a₀处的待测物体漫反射的第一反射光于第一反射镜200上形成第一远距离反射点a₁₁，然后第一反射光于a₁₁处，经第一反射镜200反射之后，被成像透镜组收集，随后通过带通滤波片至二维图像传感器430进行成像得到第一远距离激光线a₂₁；同理，在a₀处的待测物体漫反射的另一条反射光(即第二反射光)于第二反射镜300上形成第二远距离反射点a₁₂，然后第二反射光于a₁₂处，经第二反射镜300反射之后，被成像透镜组收集，随后通过带通滤波片至二维图像传感器430进行成像得到第二远距离激光线a₂₂。

同理，在b₀处的待测物体漫反射的第一反射光和第二反射光，第一反射光在第一反射镜200上形成第一标准反射点b₁₁，进而在二维图像传感器430上形成第一标准激光线b₂₁，第二反射光在第二反射镜300上形成第二标准反射点b₁₂，进而在二维图像传感器430上形成第二标准激光线b₂₂。

同理，在c₀处的待测物体漫反射的第一反射光和第二反射光，第一反射光在第一反射镜200上形成第一近距离反射点c₁₁，进而在二维图像传感器430上形成第一近距离激光线c₂₁，第二反射光在第二反射镜300上形成第二近距离反射点c₁₂，进而在二维图像传感器430上形成第二近距离激光线c₂₂。

设第一反射镜200与成像透镜组件410的光轴成45°夹角，则在a₀、b₀、c₀处的待测物体漫反射的反射光束，在二维图像传感器430中成的像从高到低依次为c₂₁、b₂₁和a₂₁。

对于本实施例所描述的激光三角测距系统，若二维图像传感器430和成像透镜为共光轴设置，在b₀处的待测物体漫反射的光束(第一反射光和第二反射光)经第一反射镜200进行反射，进而在二维图像传感器430中成的像b₂₁位于该二维图像传感器430的中点，a₂₁位于b₂₁的下侧，c₂₁位于b₂₁的上侧。

本申请实施例中，a₀、b₀、c₀三点之间的相互距离在像方空间和物方空间之比有如下关系：(a₂₁b₂₁/a₀b₀)<(c₂₁b₂₁/c₀b₀)，故远距离下的成像分辨率比近距离下的成像分辨率更小。

本申请实施例中，当加入第二反射镜300后，a₂₂比a₂₁位于二维图像传感器430下侧更靠近边缘的位置，c₂₂比c₂₁位于二维图像传感器430更靠近中点的位置。对于远端a₀，通过增加第二反射镜300，使(a₂₁b₂₁/a₀b₀)<(c₂₁b₂₁/c₀b₀)，即放大了远距离下的测量分辨率。通过调整第二反射镜300与第一反射镜200的夹角，即可调整远距离下的测量分比率的放大比例，调整范围在0°～5°，以保证最远测试距离经第二反射镜300反射，二维图像传感器430中的成像会同时出现0-2条激光线。

本申请实施例中，激光三角测距系统还包括控制处理器500。其中，控制处理器500，用于输出触发信号至激光发射机构100；触发信号用于触发激光发射机构100发射线激光至待测物体。

控制处理器500，还用于获取激光图像，并根据激光图像进行计算，得到待测物体和激光发射机构100之间的测量距离。

本申请实施例中，控制处理器500包括控制电路510，其中，控制电路510与激光发射机构100通讯连接，用于输出触发信号至激光发射机构100；触发信号用于触发激光发射机构100发射线激光至待测物体。

本申请实施例中，控制处理器500包括FPGA运算电路520，其中，FPGA运算电路520与激光接收机构400通讯连接，用于获取激光图像，并根据激光图像进行计算，得到待测物体和激光发射机构100之间的测量距离。

本申请实施例中，在得到激光图像之后，当激光图像中没有激光线，表明被测物已超出量程范围。

请一并参阅图4a和图4b，其中，图4a为本申请实施例提供的一种近距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图；图4b为本申请实施例提供的一种远距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图。其中，b₂₁为激光图像正中间(又可以称之为激光图像中线)，在得到激光图像之后，当激光图像中只出现1条激光线时，如图4a所示，若该激光线出现于激光图像的上侧(激光图像中线b₂₁以上均为上侧)，表明是近距离线激光经过第二反射镜300反射，并成像于二维图像传感器430(c₂₂)；如图4b所示，若该激光线出现于激光图像的下侧(激光图像中线b₂₁以下均为下侧)，表明是远距离激光线经过第一反射镜200成像于二维图像传感器430(a₂₁)。

请一并参阅图4c和图4d，其中，图4c为本申请实施例提供的另一种近距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图；图4d为本申请实施例提供的另一种远距离量程范围的激光线在二维图像传感器430的成像情况示意图。其中，b₂₁为激光图像中线，在得到激光图像之后，当激光图像中出现2条激光线时，如图4c所示，当2条激光线分别出现在激光图像的上下两侧(即激光图像中线b₂₁以上和以下均出现1条激光线)，或者同时出现在激光图像的上侧(即激光图像中线b₂₁以上出现2条激光线)，即为近距离激光线分辨经过第一反射镜200和第二反射镜300在二维图像传感器430中成像得到c₂₁和c₂₂，且经第一反射镜200成的像c₂₁更靠近激光图像的边缘。如图4d所示，当2条激光线分别出现在激光图像的下侧(即激光图像中线b₂₁以下出现2条激光线)，即为远距离激光线分别经过第一反射镜200和第二反射镜300在二维图像传感器430中成像得到a₂₁和a₂₂，且经第二反射镜300成的像a₂₂更靠近激光图像的边缘。

本申请实施例中，根据激光图像中激光线成像的数量及位置，即可判断具体是哪个距离范围的反射光成的像。

本实施例中，第一反射镜200在激光接收机构400的光轴处与第二反射镜300相贴合，并且第一反射镜200和第二反射镜300两者所在平面的交线与激光接收机构400的光轴相垂直；第一反射镜200与激光接收机构400的光轴之间的夹角范围为40°～45°。

举例来说，对于图4c所示的情况，选择经第一反射镜200成像的c₂₁经由FPGA运算电路520进行计算处理，得到近距离下的测量距离；对于图4b所示的情况，选择经第二反射镜300成像的a₂₂经由FPGA运算电路520进行计算处理，得到远距离下的测量距离。

本申请实施例中，FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块RAM，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元，具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点。

本申请实施例中，FFPGA运算电路520是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA运算电路520能够根据预设算法对激光图像进行处理，完成测量距离的计算。

可见，实施本实施例所描述的激光三角测距系统，能够尽可能的避免测量误差，从而提高激光测距的准确性。

在上述所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光三角测距系统，其特征在于，所述激光三角测距系统包括激光发射机构、第一反射镜、与所述第一反射镜成夹角设置的第二反射镜和激光接收机构，其中，

所述激光发射机构，用于发射线激光至待测物体；

所述第一反射镜，用于接收所述待测物体漫反射所述线激光形成的第一反射光，并反射所述第一反射光至所述激光接收机构；

所述第二反射镜，用于接收所述待测物体漫反射所述线激光形成的第二反射光，并反射所述第二反射光至所述激光接收机构；

所述激光接收机构用于接收所述第一反射光和所述第二反射光，并根据所述第一反射光和所述第二反射光生成激光图像；其中，所述激光图像用于计算所述待测物体和所述激光发射机构之间的测量距离。

2.根据权利要求1所述的激光三角测距系统，其特征在于，所述激光发射机构包括半导体激光器和发射透镜组件，所述半导体激光器和所述发射透镜组件同光轴设置，其中，

所述半导体激光器，用于发射激光；

所述发射透镜组件，用于接收所述激光，对所述激光进行整形处理得到线激光，并将所述线激光投射至所述待测物体。

3.根据权利要求2所述的激光三角测距系统，其特征在于，所述发射透镜组件包括准直透镜组、聚焦透镜组和线激光整形透镜组，其中，所述准直透镜组、所述聚焦透镜组以及所述线激光整形透镜组三者同光轴设置。

4.根据权利要求1所述的激光三角测距系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的相交线与所述激光接收机构的光轴相交且相互垂直；

所述第一反射镜与所述第二反射镜之间的夹角范围为0°～5°；其中，所述第二反射镜的位置能够通过逆时针旋转并平移所述第一反射镜进行确定。

5.根据权利要求1所述的激光三角测距系统，其特征在于，所述激光接收机构包括成像透镜组件、带通滤光片以及二维图像传感器，所述成像透镜组和所述带通滤光片同光轴设置，其中，

所述成像透镜组，用于接收所述第一反射光得到第一成像光，接收所述第二反射光得到第二成像光；

所述带通滤光片，用于接收所述第一成像光和所述第二成像光，并分别对所述第一成像光和所述第二成像光进行带通滤光处理，得到第一过滤光和第二过滤光；

所述二维图像传感器，用于根据所述第一过滤光和所述第二过滤光生成激光图像。

6.根据权利要求5所述的激光三角测距系统，其特征在于，当待测物体位于标准测量点b₀时，第一过滤光位于所述激光图像正中间b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀远离所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第一物方距离a₀b₀，确定第一过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第一像方距离a₂₁b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀靠近所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第二物方距离c₀b₀，确定第一过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第二像方距离c₂₁b₂₁；其中，

(a₂₁b₂₁/a₀b₀)<(c₂₁b₂₁/c₀b₀)。

7.根据权利要求5所述的激光三角测距系统，其特征在于，当待测物体位于标准测量点b₀时，第一过滤光位于所述激光图像正中间b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀远离所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第一物方距离a₀b₀，确定第二过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第三像方距离a₂₂b₂₁；

当待测物体位于标准测量点b₀靠近所述激光发射机构一侧时，确定待测物体与标准测量点b₀之间的距离为第二物方距离c₀b₀，确定第二过滤光与所述激光图像正中间之间的距离为第四像方距离c₂₂b₂₁；其中，

(a₂₂b₂₁/a₀b₀)<(c₂₂b₂₁/c₀b₀)。

8.根据权利要求1所述的激光三角测距系统，其特征在于，所述激光三角测距系统还包括控制处理器，其中，

所述控制处理器，用于输出触发信号至所述激光发射机构；所述触发信号用于触发所述激光发射机构发射所述线激光至所述待测物体；

所述控制处理器，还用于获取所述激光图像，并根据所述激光图像进行计算，得到所述待测物体和所述激光发射机构之间的测量距离。

9.根据权利要求8所述的激光三角测距系统，其特征在于，所述控制处理器包括控制电路，其中，

所述控制电路与所述激光发射机构通讯连接，用于输出所述触发信号至所述激光发射机构；所述触发信号用于触发所述激光发射机构发射所述线激光至所述待测物体。

10.根据权利要求8所述的激光三角测距系统，其特征在于，所述控制处理器包括FPGA运算电路，其中，

所述FPGA运算电路与所述激光接收机构通讯连接，用于获取所述激光图像，并根据所述激光图像进行计算，得到所述待测物体和所述激光发射机构之间的测量距离。

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