[發明專利]一種基于環形激光的傾角及距離測量方法

在審

• 申請號: 202210571572.X
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114964159A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 尼澤夫;單曉寧;顧康琰
• 申請（專利權）人: 杭州鑫鏜科技有限公司
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00;G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 上海云滬專利代理事務所(普通合伙) 31418
• 代理人: 肖慧

本發明公開了一種基于環形激光的傾角及距離測量方法，基于激光光源特性，以及拍攝的圖像的矩特征信息，計算激光光源至被測平面的矢量信息，矢量信息包含激光光源到平面的距離，和激光光源到被測平面的法向夾角，由于采用激光和圖像的方法，較之慣性原件，測量響應快，無低頻噪聲，從而數據后處理工作簡單可靠；較之距離傳感集成或計算機視覺方案，成本低、算力要求低、系統集成度高。

技術領域：

本發明涉及非接觸測量領域，給出一種高精度傳感器的原理性測量算法。本算法基于特殊的激光(環形)光源以及圖像矩特征識別的方法，對被測平面進行矢量測量，即，同時獲得被測平面的法向(方向)信息和距離信息。

背景技術：

現有的法向角度測量手段/傳感器，主要分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式的角度測量，需要高精度、高可靠的工裝夾具，配合角度測量設備進行測量，精度受限，應用復雜。非接觸式角度測量，主要以慣性元件的陀螺儀為主。但是，慣性傳感器一般響應慢、存在低頻的零點漂移、軟件補償難度高等問題，主要應用于運動部件中，在生產制造方面應用較少。另一方面講，當前用于環境感知的傳感器，都是獲得距離或法向角度，而不能同時獲得距離和法向角度(本文稱為矢量測距)。如果應用場景希望同時獲得被測物的空間信息，即矢量測距數據，那么必須使用多種傳感器，或多個同類傳感器的配合，即傳感器融合的方法。上述方法一般只能針對特定的應用，很難實現通用性；設計和工藝過程復雜，相當于進行一個專用設備的開發。

發明內容：

針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種基于環形激光的傾角及距離測量方法，本發明中的方法，由于采用激光和圖像的方法，較之慣性原件，測量響應快，無低頻噪聲(零點漂移)，從而數據后處理工作簡單可靠；較之距離傳感集成或計算機視覺方案，成本低、算力要求低、系統集成度高；基于激光光源特性，以及拍攝的圖像的矩特征信息，計算激光光源至被測平面的矢量信息，矢量信息包含激光光源到平面的距離，和激光光源到被測平面的法向夾角，從系統識別和圖像處理的魯棒性來講，本算法僅僅依靠被識別橢圓的形狀信息，與光源光圈的尺寸無關，因此可對不同工況使用不同的光源從而得到最佳使用效果。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于環形激光的傾角及距離測量方法，通過激光光源發射環形光斑打到被測物表面；感光相機通過不同角度照射被測物表面的光斑，得到不同的成像，所述感光相機位于激光光源右側；假設環形光斑半徑為r₀，激光入射角與被測物法向夾角為α，感光相機與激光光源法向夾角為β，那么：

環形光斑在被測物表面形成橢圓的長軸長度為：

L_s＝2r₀/cosα

此橢圓在感光相機的成像長軸長度為：

得到

作為本發明進一步的方案，所述激光光源兩側分別設有一感光相機，分別為左感光相機和右感光相機，且兩側感光相機與激光光源位于同一平面上。

作為本發明進一步的方案，橢圓在左感光相機的成像長軸長度為：

則其中，

作為本發明進一步的方案，所述激光光源與被測物表面的距離為d；設立標定面，當環形光圓心在相機成像的中心時，記錄激光器出口與標定面的距離為d₀，環形激光照射至被側面上，產生橢圓的圓心距離圖像中心的像素個數為N_p，得：

那么激光器出口到被測平面的距離為：

其中C為與相機感光性能有關的參數，可通過實驗標定取得，也可通過相機配置獲取。

本發明具有以下有益效果：