CN117470181A - 激光测距方法、系统、存储介质及终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光测距方法、系统、存储介质及终端，应用于激光测距装置，所述激光测距装置包括云台、激光测距模块和定位平板；所述激光测距模块设置在所述云台上，所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上；所述激光测距方法包括以下步骤：获取所述云台在所述定位平板上确定的不在同一直线上的三个定位点；在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述三个定位点的三维坐标；根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离。本发明的激光测距方法、系统、存储介质及终端能够基于低精度云台实现高精度的激光测距，实用性强。

Description

激光测距方法、系统、存储介质及终端

技术领域

本发明涉及激光测距的技术领域，特别是涉及一种激光测距方法、系统、存储介质及终端。

背景技术

由于采用非接触式工作方式，激光测距模块的测量结果精度高，被广泛应用于建造、测绘等应用场景中。同时，激光测距模块装配在云台上，能够通过云台转动改变测距方向，从而可以用单个激光测距模块获取多个点位的测距数据，大大降低了激光测距应用的成本。

上述激光测距方法对云台的精度有比较高的要求，需带动激光测距模块精确对准测距目标点位。现有技术中，通常将激光测距模块安装在高精度云台上，以保证激光测距模块都能足够精确地对准目标点位。

然而，上述方法具有以下不足：

(1)高精度云台造价不菲，导致测量成本变高；

(2)由于高精度云台由于制造精密，载重能力有限，无法在云台上装配大功率激光测距模块，从而影响激光测距的测量范围。

另外，低精度云台比高精度云台的成本低，市场普及度极高，但是定位精度低，定位只能控制在角度值0.1度的精度。即低精度云台只能每次在水平、垂直方向上按0.1角度的颗粒度来控制激光测距模块定位。举例而言，对于距离云台50米的测量目标点位，0.1角度的定位精度体现到3维坐标的空间距离为0.087米。因此，精度颗粒过大，使得低精度云无法精确对准测距目标点位。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光测距方法、系统、存储介质及终端，能够基于低精度云台实现高精度的激光测距，实用性强。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种激光测距方法，应用于激光测距装置，所述激光测距装置包括云台、激光测距模块和定位平板；所述激光测距模块设置在所述云台上，所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上；所述激光测距方法包括以下步骤：获取所述云台在所述定位平板上确定的不在同一直线上的三个定位点；在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述三个定位点的三维坐标；根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离。

于本发明一实施例中，在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述定位点的三维坐标包括以下步骤：

获取所述云台在空间直角坐标系中采集的所述云台的三维坐标信息；

获取所述激光测距模块在空间直角坐标系中采集的所述定位点的三维坐标信息；

以所述云台的三维坐标信息为坐标原点，计算所述定位点相较于所述坐标原点的三维坐标信息。

于本发明一实施例中，根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离包括以下步骤：

根据所述三个定位点的三维坐标获取所述定位平板所在平面的平面方程Ax+By+Cz+D＝0；

根据计算所述云台到所述测距目标点的距离。

本发明提供一种激光测距系统，应用于激光测距装置，所述激光测距装置包括云台、激光测距模块和定位平板；所述激光测距模块设置在所述云台上，所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上；

所述激光测距系统包括定位点获取模块、坐标获取模块和距离计算模块；

所述定位点获取模块用于获取所述云台在所述定位平板上确定的不在同一直线上的三个定位点；

所述坐标获取模块用于在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述三个定位点的三维坐标；

所述距离计算模块用于根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离。

于本发明一实施例中，在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述定位点的三维坐标包括以下步骤：

获取所述云台在空间直角坐标系中采集的所述云台的三维坐标信息；

获取所述激光测距模块在空间直角坐标系中采集的所述定位点的三维坐标信息；

以所述云台的三维坐标信息为坐标原点，计算所述定位点相较于所述坐标原点的三维坐标信息。

于本发明一实施例中，所述距离计算模块根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离包括以下步骤：

根据所述三个定位点的三维坐标获取所述定位平板所在平面的平面方程Ax+By+Cz+D＝0；

根据计算所述云台到所述测距目标点的距离。

本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的激光测距方法。

本发明提供一种激光测距终端，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述激光测距终端执行上述的激光测距方法。

本发明提供一种激光测距装置，包括云台、激光测距模块、定位平板和上述的激光测距终端；

所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上；

所述云台用于在所述定位平板上确定的三个不在同一直线上的定位点，并提供所述云台在空间直角坐标系下的三维坐标信息至所述激光测距终端；

所述激光测距模块设置在所述云台上，用于采集所述定位点在空间直角坐标系下的三维坐标信息，并发送至所述激光测距终端。

于本发明一实施例中，所述测距目标点位位于所述定位平板的中心位置，所述定位平板的长和宽不小于所述云台定位精度的两倍。

如上所述，本发明的激光测距方法、系统、存储介质及终端，具有以下有益效果：

(1)通过添加辅助平板的方式，利用空间几何特性将对点的精确测量转化为对面的精确测量，从而能够基于低精度云台实现高精度的激光测距；

(2)解决了低精度云台无法应用于精确定位的应用场景的问题；

(3)大大降低了精准定位的成本。

附图说明

图1显示为本发明的激光测距方法于一实施例中的流程图；

图2显示为定位平板上三个定位点于一实施例中的示意图；

图3显示为本发明的激光测距系统于一实施例中的结构示意图；

图4显示为本发明的激光测距终端于一实施例中的结构示意图；

图5显示为本发明的激光测距系统于另一实施例中的结构示意图。

元件标号说明

31 定位点获取模块

32 坐标获取模块

33 距离计算模块

41 处理器

42 存储器

51 云台

52 激光测距模块

53 定位平板

54 激光测距终端

具体实施方式

以下通过特定的具体实例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露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的激光测距方法、系统、存储介质及终端通过设置定位平板，利用空间几何特性将对点的精确测量转化为对面的精确测量，从而能够基于低精度云台实现高精度的激光测距，降低了成本，极具实用性。

本发明的激光测距装置包括云台、激光测距模块和定位平板。所述云台采用低精度云台，以降低激光测距成本。优选地，所述云台的定位精度为0.1角度。所述激光测距模块设置在所述云台上，能够随所述云台在水平方向和垂直方向上移动。优选地，所述激光测距模块采用激光位移传感器。所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上。其中，所述定位平板需要足够平整。优选地，所述测距目标点位位于所述定位平板的中心位置，所述定位平板的长和宽不小于所述云台定位精度的两倍，从而保证所述云台的定位点能够落在所述定位平板上。

如图1所示，于一实施例中，本发明的激光测距方法包括以下步骤：

步骤S1、获取所述云台在所述定位平板上确定的不在同一直线上的三个定位点。

具体地，针对所述测距目标点，所述云台在所述定位平板上能够定位多个点。其中，选取其中不在同一直线上的三个点作为定位点。优选地，所述定位点选取距离所述测距目标点最近的、三个不在同一直线上的点。

步骤S2、在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述三个定位点的三维坐标。

具体地，在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述定位点的三维坐标包括以下步骤：

21)获取所述云台在空间直角坐标系中采集的所述云台的三维坐标信息。

具体地，所述云台采集自身在空间直角坐标系统中的三维坐标信息(x0，y0，z0)。

22)获取所述激光测距模块在空间直角坐标系中采集的所述定位点的三维坐标信息。

具体地，所述激光测距模块采集三个定位点在空间直角坐标系下的三维坐标信息(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)。

23)以所述云台的三维坐标信息为坐标原点，计算所述定位点相较于所述坐标原点的三维坐标信息。

具体地，以三维坐标信息(x0，y0，z0)为坐标原点，则三个定位点的三维坐标信息为x1-x0，y1-y0，z1-z0)、(x2-x0，y2-y0，z2-z0)、(x3-x0，y3-y0，z3-z0)。

步骤S3、根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离。

具体地，根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离包括以下步骤：

31)根据所述三个定位点的三维坐标获取所述定位平板所在平面的平面方程Ax+By+Cz+D＝0。

如图2所示，由空间几何知识可知，空间中不在同一直线上的三个点可确定一个平面，三个点的坐标分别用P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)、P3(x3,y3,z3)表示，则可通过这三个点的坐标确定平面的参数方程为A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)＝0。化简为一般式：Ax+By+Cz+D＝0。

将P1(x1,y1,z1)的数值代入方程Ax+By+Cz+D＝0，可得Ax1+By1+Cz1+D＝0；化简得D＝-(A*x1+B*y1+C*z1)。

因此，根据P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)、P3(x3,y3,z3)三点坐标分别求得A、B、C的值，如下：

A＝(y3-y1)*(z3-z1)-(z2-z1)*(y3-y1)；

B＝(x3-x1)*(z2-z1)-(x2-x1)*(z3-z1)；

C＝(x2-x1)*(y3-y1)-(x3-x1)*(y2-y1)。

同时，可根据D＝-(A*x1+B*y1+C*z1)，求出D的值。

最后，将求得的A、B、C、D值代入一般式方程就可得过点P1、P2、P3的平面方程Ax+By+Cz+D＝0。

32)根据计算所述云台到所述测距目标点的距离。

具体地，由于该平面是垂直于云台方向，并且以所述云台为坐标系原点，那么从坐标系原点处到该平面方程的空间几何距离就是所述云台到测距目标点位的精确测距数据由于云台为坐标原点，即(x，y，z)为(0,0,0)，故距离为

如图3所示，于一实施例中，本发明的激光测距系统包括定位点获取模块31、坐标获取模块32和距离计算模块33。

所述定位点获取模块31用于获取所述云台在所述定位平板上确定的不在同一直线上的三个定位点。

具体地，针对所述测距目标点，所述云台在所述定位平板上能够定位多个点。其中，选取其中不在同一直线上的三个点作为定位点。优选地，所述定位点选取距离所述测距目标点最近的、三个不在同一直线上的点。

所述坐标获取模块32与所述定位点获取模块31相连，用于在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述三个定位点的三维坐标。

具体地，在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述定位点的三维坐标包括以下步骤：

21)获取所述云台在空间直角坐标系中采集的所述云台的三维坐标信息。

具体地，所述云台采集自身在空间直角坐标系统中的三维坐标信息(x0，y0，z0)。

22)获取所述激光测距模块在空间直角坐标系中采集的所述定位点的三维坐标信息。

具体地，所述激光测距模块采集三个定位点在空间直角坐标系下的三维坐标信息(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)。

23)以所述云台的三维坐标信息为坐标原点，计算所述定位点相较于所述坐标原点的三维坐标信息。

具体地，以三维坐标信息(x0，y0，z0)为坐标原点，则三个定位点的三维坐标信息为x1-x0，y1-y0，z1-z0)、(x2-x0，y2-y0，z2-z0)、(x3-x0，y3-y0，z3-z0)。

所述距离计算模块33与所述坐标获取模块32相连，用于根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离。

具体地，根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离包括以下步骤：

31)根据所述三个定位点的三维坐标获取所述定位平板所在平面的平面方程Ax+By+Cz+D＝0。

如图2所示，由空间几何知识可知，空间中不在同一直线上的三个点可确定一个平面，三个点的坐标分别用P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)、P3(x3,y3,z3)表示，则可通过这三个点的坐标确定平面的参数方程为A(x-x1)+B(y-y1)+C(z-z1)＝0。化简为一般式：Ax+By+Cz+D＝0。

将P1(x1,y1,z1)的数值代入方程Ax+By+Cz+D＝0，可得Ax1+By1+Cz1+D＝0；化简得D＝-(A*x1+B*y1+C*z1)。

因此，根据P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)、P3(x3,y3,z3)三点坐标分别求得A、B、C的值，如下：

A＝(y3-y1)*(z3-z1)-(z2-z1)*(y3-y1)；

B＝(x3-x1)*(z2-z1)-(x2-x1)*(z3-z1)；

C＝(x2-x1)*(y3-y1)-(x3-x1)*(y2-y1)。

同时，可根据D＝-(A*x1+B*y1+C*z1)，求出D的值。

最后，将求得的A、B、C、D值代入一般式方程就可得过点P1、P2、P3的平面方程Ax+By+Cz+D＝0。

32)根据计算所述云台到所述测距目标点的距离。

具体地，由于该平面是垂直于云台方向，并且以所述云台为坐标系原点，那么从坐标系原点处到该平面方程的空间几何距离就是所述云台到测距目标点位的精确测距数据由于云台为坐标原点，即(x，y，z)为(0,0,0)，故距离为

要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的激光测距方法。所述存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

如图4所示，于一实施例中，本发明的激光测距终端包括：处理器41及存储器42。

所述存储器42用于存储计算机程序。

所述存储器42包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器41与所述存储器42相连，用于执行所述存储器42存储的计算机程序，以使所述激光测距终端执行上述的激光测距方法。

优选地，所述处理器41可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

如图5所示，于一实施例中，本发明的激光测距装置包括云台51、激光测距模块52、定位平板53和上述的激光测距终端54。

所述定位平板53垂直于所述云台51且测距目标点位位于所述定位平板53上。

所述云台51用于在所述定位平板53上确定的三个不在同一直线上的定位点，并提供所述云台51在空间直角坐标系下的三维坐标信息至所述激光测距终端54。

所述激光测距模块52设置在所述云台51上，用于采集所述定位点在空间直角坐标系下的三维坐标信息，并发送至所述激光测距终端54。

综上所述，本发明的激光测距方法、系统、存储介质及终端通过添加辅助平板的方式，利用空间几何特性将对点的精确测量转化为对面的精确测量，从而能够基于低精度云台实现高精度的激光测距；解决了低精度云台无法应用于精确定位的应用场景的问题；大大降低了精准定位的成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

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。任何熟悉此技术的人士皆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或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种激光测距方法，其特征在于：应用于激光测距装置，所述激光测距装置包括云台、激光测距模块和定位平板；所述激光测距模块设置在所述云台上，所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上；

所述激光测距方法包括以下步骤：

获取所述云台在所述定位平板上确定的不在同一直线上的三个定位点；

在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述三个定位点的三维坐标；

根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离。

2.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于：在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述定位点的三维坐标包括以下步骤：

获取所述云台在空间直角坐标系中采集的所述云台的三维坐标信息；

获取所述激光测距模块在空间直角坐标系中采集的所述定位点的三维坐标信息；

以所述云台的三维坐标信息为坐标原点，计算所述定位点相较于所述坐标原点的三维坐标信息。

3.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于：根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离包括以下步骤：

根据所述三个定位点的三维坐标获取所述定位平板所在平面的平面方程Ax+By+Cz+D＝0；

根据计算所述云台到所述测距目标点的距离。

4.一种激光测距系统，其特征在于：应用于激光测距装置，所述激光测距装置包括云台、激光测距模块和定位平板；所述激光测距模块设置在所述云台上，所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上；

所述激光测距系统包括定位点获取模块、坐标获取模块和距离计算模块；

所述定位点获取模块用于获取所述云台在所述定位平板上确定的不在同一直线上的三个定位点；

所述坐标获取模块用于在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述三个定位点的三维坐标；

所述距离计算模块用于根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离。

5.根据权利要求4所述的激光测距系统，其特征在于：在以所述云台为坐标原点的三维坐标系中获取所述定位点的三维坐标包括以下步骤：

获取所述云台在空间直角坐标系中采集的所述云台的三维坐标信息；

获取所述激光测距模块在空间直角坐标系中采集的所述定位点的三维坐标信息；

以所述云台的三维坐标信息为坐标原点，计算所述定位点相较于所述坐标原点的三维坐标信息。

6.根据权利要求4所述的激光测距系统，其特征在于：所述距离计算模块根据所述三个定位点的三维坐标计算所述云台到所述测距目标点的距离包括以下步骤：

根据所述三个定位点的三维坐标获取所述定位平板所在平面的平面方程Ax+By+Cz+D＝0；

根据计算所述云台到所述测距目标点的距离。

7.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的激光测距方法。

8.一种激光测距终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述激光测距终端执行权利要求1至3中任一项所述的激光测距方法。

9.一种激光测距装置，其特征在于：包括云台、激光测距模块、定位平板和权利要求8所述的激光测距终端；

所述定位平板垂直于所述云台且测距目标点位位于所述定位平板上；

所述云台用于在所述定位平板上确定的三个不在同一直线上的定位点，并提供所述云台在空间直角坐标系下的三维坐标信息至所述激光测距终端；

所述激光测距模块设置在所述云台上，用于采集所述定位点在空间直角坐标系下的三维坐标信息，并发送至所述激光测距终端。

10.根据权利要求9所述的激光测距装置，其特征在于：所述测距目标点位位于所述定位平板的中心位置，所述定位平板的长和宽不小于所述云台定位精度的两倍。