[發明專利]一種三維激光掃描信號同步及修正方法

有效

• 申請號: 201210081604.4
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102607462A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 劉禮剛
• 申請（專利權）人: 武漢迅能光電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及一種激光測距方法，更具體的涉及一種三維激光掃描信號同步及修正方法。實現掃描旋轉軸的角度位置與激光測距模塊的高精度數據同步。廣泛應用于三維激光掃描設備。

背景技術

便攜式高精度三維激光掃描儀是光機電一體化高精密儀器設備，是國際上近期發展的一項高新技術。它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標信息和反射率信息，將各種大實體或實景的三維數據完整的采集到電腦中，進而快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據，既省時又省力，這種能力是現行的三維建模軟件所不可比擬的。

便攜式高精度三維激光掃描儀的一個重要指標是測量精度，掃描旋轉軸的角度位置與激光測距模塊的高精度數據同步是保證測量精度的前提條件，如果數據同步精確度不高，則很難實現更高精度的測量。

但是，現有的三維激光掃描儀，掃描旋轉軸的角度位置與激光測距模塊的高精度數據同步效果普遍都不是太好。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種三維激光掃描信號同步及修正方法。實現掃描旋轉軸的角度位置與激光測距模塊的高精度數據同步。廣泛應用于三維激光掃描設備。

為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種三維激光掃描信號同步及修正方法，其步驟為：

A、UART同步監控及解碼：

利用可編程邏輯器件(FPGA)對激光測距傳感器的輸出信號進行采集和解碼，并在檢測到激光測距傳感器的有效數據L后，輸出一個同步信號Sync，用來同步鎖存該時刻對應的兩個掃描軸的夾角α′、β′和轉速ω_α、ω_β，該時刻相對于激光測距傳感器的實際測量觸發時刻有一個δ的延時，通過對δ參數的調整可以調整數據的同步精度；

B、水平軸角度解碼：

利用可編程邏輯器件(FPGA)對水平掃描軸的角度編碼器信號進行解碼，得到水平掃描軸的實時角度位置信息α′；

C、垂直軸角度解碼：

利用可編程邏輯器件(FPGA)對垂直掃描軸的角度編碼器信號進行解碼，得到垂直掃描軸的實時角度位置信息β′；

D、水平軸轉速計算：

利用可編程邏輯器件(FPGA)對水平掃描軸的角度解碼輸出的角度數據進行計算，得出水平掃描軸的轉速ω_α，利用水平掃描軸的轉速ω_α數據并結合UART同步監控及解碼輸出的Sync信號相對于激光測距傳感器的實際測量觸發時刻有一個延時δ，可以實現數據同步精度的修正；

E、垂直軸轉速計算：

利用可編程邏輯器件(FPGA)對垂直掃描軸的角度解碼輸出的角度數據進行計算，得出垂直掃描軸的轉速ω_β，利用垂直掃描軸的轉速ω_β數據并結合UART同步監控及解碼輸出的Sync信號相對于激光測距傳感器的實際測量觸發時刻有一個延時δ，實現數據同步精度的修正；

F、水平軸數據鎖存：

利用可編程邏輯器件(FPGA)實現鎖存器，用來鎖存水平掃描軸的角度解碼和轉速計算對應于UART同步監控及解碼輸出Sync時刻的角度α′及轉速ω_α；

G、垂直軸數據鎖存：

利用可編程邏輯器件(FPGA)實現鎖存器，用來鎖存垂直掃描軸的角度解碼和轉速計算對應于UART同步監控及解碼輸出Sync時刻的角度β′及轉速ω_β；

H、角度位置修正：

將鎖存的角度α′及轉速ω_α數據，鎖存的角度β′及轉速ω_β，按照α＝α′-δ*ω_α，β＝β′-δ*ω_β公式計算，通過調整延時參數δ實現數據同步精度的調整，實現對數據同步精度的修正；

I、數據輸出：

將激光測距傳感器測得的距離L、修正后的兩個掃描軸的角度數據α，β按照所需的數據格式輸出。

本發明的原理為：

利用可編程邏輯器件(FPGA)對激光測距傳感器的輸出信號進行解碼，得出被測點距離L；同步采集并修正激光測距模塊的掃描光軸OE與兩個掃描軸的夾角α，β(如圖1所示)，利用幾何關系計算出被掃描點E的三維空間坐標(x，y，z)。