一种高精度激光位移传感器智能测距系统

技术领域

本发明涉及激光位移检测技术领域，特别是一种高精度激光位移传感器智能测距系统。

背景技术

在激光测距技术领域中，现如今应用的最多的是激光位移传感器。激光位移传感器充分利用了光学原理中光路的反射以及光学接收部件的性能，达到高了效率便捷的测距效果。

但是，目前的激光位移传感器通常都是独立测量，即本地完成测量和结果输出，但当需要多个传感器配合完成测距时，则测量人员需要分别获取不同激光位移传感器的采集数据，适配水平不高。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种高精度激光位移传感器智能测距系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明示出一种高精度激光位移传感器智能测距系统，包括处理模块和多个激光位移传感器模块；其中，各个激光位移传感器模块分别与处理模块通信连接；

激光位移传感器模块包括激光发射装置、反射装置和光学接收装置；

激光发射装置向待测物体发射激光，激光在待测物体上发生散射，反射装置接收散射后的激光，通过反射装置将散射后的激光传输到光学接收装置；

光学接收装置接收散射后的激光形成光斑图像，并将光斑图像传输到处理模块；

处理模块根据接收到的光斑图像进行分析处理，获取光斑坐标变化信息，根据光斑坐标变化信息计算与激光位移传感器模块相应的距离测量结果；

处理模块还同时输出各激光位移传感器模块相应的距离测量结果。

一种实施方式中，激光位移传感器模块还包括壳体和光学支架，光学支架设置在壳体内部；激光发射装置固设于光学支架上；反射装置固设于光学支架上；光学接收装置设置在反射装置光路出射端并与光学支架卡接。

一种实施方式中，激光发射装置包括发射透镜支架、开设于光学支架上的发射透镜支架移动槽、和固设于发射透镜支架上的发射光阑，发射透镜支架可以在发射透镜支架移动槽上沿着光的出射方向前后移动。

一种实施方式中，光学接收装置为线阵CMOS器件或CCD线性相机。

一种实施方式中，处理模块包括预处理单元、坐标提取单元、标定单元、光斑位移计算单元，位移计算单元；其中，

预处理单元对接收到的光斑图像进行预处理，输出预处理后的光斑图像；

坐标提取单元根据预处理后的光斑图像提取光斑的中心坐标；

标定单元用于标定标准坐标；

光斑位移计算单元用于根据光斑的中心坐标和标准坐标计算光斑位移量；

位移计算单元用于根据光斑位移量计算待测物体的位移距离。

一种实施方式中，处理模块还包括显示单元，显示单元用于显示由各激光位移传感器模块测量的待测物体的位移距离。

本发明的有益效果为：本发明测距系统通过设置处理模块分别对各激光位移传感器模块采集的光斑图像进行集中处理，并根据光斑坐标变化分别获取各激光位移传感器模块的距离测量结果，能够同步(同时)对多个激光位移传感器模块的距离测量结果进行同步输出，有助于根据多个激光位移传感器模块的距离测量结果进行综合分析，能够满足不同场景下需要多个激光位移传感器模块配合完成的待测物体的距离(位移)测量任务，提高了测距系统的适应水平。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明一种高精度激光位移传感器智能测距系统，示例性实施例的框架结构图；

图2为图1实施例中激光位移传感器模块的结构示意图；

图3为图1实施例中处理模块和激光位移传感器模块的框架结构图。

附图标记：

1-处理模块，11-控制单元，12-光斑图像处理单元，13-显示单元，2-激光位移传感器模块，21-壳体，22-光学支架，23-激光发射装置，24-反射装置，25-光学接收装置。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1实施例所示一种高精度激光位移传感器智能测距系统，包括处理模块1和至少2个激光位移传感器模块2；其中，各个激光位移传感器模块2分别与处理模块1通信连接；

激光位移传感器模块2包括激光发射装置23、反射装置24和光学接收装置25；

激光发射装置23向待测物体发射激光，激光在待测物体上发生散射，反射装置24接收散射后的激光，通过反射装置24将散射后的激光传输到光学接收装置25；

光学接收装置25接收散射后的激光形成光斑图像，并将光斑图像传输到处理模块1；

处理模块1根据接收到的光斑图像进行分析处理，获取光斑坐标变化信息，根据光斑坐标变化信息计算与激光位移传感器模块2相应的距离测量结果；

处理模块1还同时输出各激光位移传感器模块2相应的距离测量结果。

上述实施方式中，通过设置处理模块1分别对各激光位移传感器模块2采集的光斑图像进行集中处理，并根据光斑坐标变化分别获取各激光位移传感器模块2的距离测量结果，能够同步(同时)对多个激光位移传感器模块2的距离测量结果进行同步输出，有助于根据多个激光位移传感器模块2的距离测量结果进行综合分析，能够满足不同场景下需要多个激光位移传感器模块2配合完成的待测物体的距离(位移)测量任务，提高了测距系统的适应水平。

一种实施方式中，参见图2，激光位移传感器模块2还包括壳体21和光学支架22，光学支架22设置在壳体21内部；激光发射装置23固设于光学支架22上；反射装置24固设于光学支架22上；光学接收装置25设置在反射装置24光路出射端并与光学支架22卡接。

一种实施方式中，激光发射装置23包括发射透镜支架、开设于光学支架22上的发射透镜支架移动槽和固设于发射透镜支架上的发射光阑，发射透镜支架可以在发射透镜支架移动槽上沿着光的出射方向前后移动。其中，发射透镜支架与光学支架22一体成型，发射光阑与发射透镜支架卡接进行固定。

光学支架22与壳体21的内腔壁无缝贴合进行固定，发射透镜支架在发射透镜支架移动槽上移动，能够使得激光的光线更为清晰的照射出去。

一种实施方式中，激光发射装置23还包括激光灯PCB板、设置于激光灯PCB板输出端的发射透镜、固设于光学支架22上的激光灯支架、贯穿并与激光灯支架卡接的激光灯固定座、和开设于壳体21上的激光出射口，激光灯PCB板延伸至激光灯固定座内，激光灯固定座沿着光出射方向上开设有小孔，激光灯支架上朝向发射透镜的一侧上开设有激光灯光线的出射孔，出射孔的孔径小于发射透镜的直径，激光灯PCB板的激光发射端、出射孔、和激光出射口的中心点位于同一直线上。

一种实施方式中，反射装置24包括与光学支架22卡接的接收聚焦透镜、和设置于光学支架22内的接收反射镜片，被测物反射的光线透过接收聚焦透镜后经接收反射镜片反射。激光自激光灯PCB板出射，接触被测物进行反射后，通过接收聚焦透镜进入传感器内部并由反射镜片进行反射。

一种实施方式中，接收反射镜片的底部转动连接有与光学支架22固定连接的旋转座。

一种实施方式中，接收反射镜片和旋转座通过转动轴连接，旋转座上垂直于转动轴的方向上开设有孔，反射镜片与旋转座转动后通过拧紧螺钉压紧转动轴进行固定。

一种实施方式中，反射装置24与光学接收装置25所在的竖直平面呈45°～90°的锐角。

一种实施方式中，光学接收装置25与反射镜片所在的竖直平面呈45°～60°的锐角。

一种实施方式中，光学接收装置25为线阵CMON器件或CCD线性相机，光学接收装置25通过导线电性连接处理模块1。

一种实施方式中，线缆贯穿壳体21设置，壳体21与线缆的连接处设有紧固槽和与紧固槽紧配的卡线五金件，卡线五金件圆弧内设有锯齿，线缆通过卡线五金件和紧固槽固定，并与激光灯PCB板电性连接。

上述提出的基于激光位移传感器模块2的具体结构，通过设置在发射透镜支架下的发射透镜移动槽与旋转座的设置，能够在位移传感器进行测距的过程中进行多角度调整，提高数字智能型微型激光位移传感器本身对多种测量环境的适配性能。

在需要测量时，沿着发射透镜支架移动槽调整发射透镜支架的位置，直至通过发射光阑的激光能够清晰的照射至待测物；

转动反射镜片，转动后的反射镜片与光学接收装置25所在竖直平面的夹角呈45°～90°锐角，直至反射的光斑能够在光学接收装置25上清晰的成像。

一种实施方式中，处理模块1为智能终端设备，其中一个智能终端设备能够同时与多个激光位移传感器模块2通信连接。

其中，本申请激光位移传感器模块2与处理模块1相互配合，基于激光三角法原理检测待测物体的位移变化量。

一种实施方式中，参见图3，处理模块1包括控制单元11，其中控制单元11与激光位移传感器模块2的激光发射装置23连接，用于控制激光发射装置23发射激光。

其中，通过控制单元11，能够同时控制多个激光位移传感器模块2的激光发射装置23同时发射激光，并分别接收由不同激光位移传感器模块2反馈的光斑图像。处理模块1对各激光位移传感器模块2在同一时刻反馈的光斑图像分别进行处理，分别获取各激光位移传感器模块2相应的距离测量结果，

一种实施方式中，处理模块1包括光斑图像处理单元12，其中光斑图像处理单元12包括预处理单元、坐标提取单元、标定单元、光斑位移计算单元，位移计算单元；其中，

预处理单元对接收到的光斑图像进行预处理，输出预处理后的光斑图像；

坐标提取单元根据预处理后的光斑图像提取光斑的中心坐标；

标定单元用于标定标准坐标；

光斑位移计算单元用于根据光斑的中心坐标和标准坐标计算光斑位移量；

位移计算单元用于根据光斑位移量计算待测物体的位移距离。

其中，标定单元可以根据测量需求，将某一时刻获取的光斑图像对应的中心坐标标定为标准坐标；则在后续对待测物体的位移检测过程中，则可以根据后续获取的光斑图像的中心坐标计算光斑位移量，并通过光斑位移量计算待测物体的位移距离。

一种实施方式中，预处理单元对接收到的光斑图像进行预处理，具体包括：

对接收到的光斑图像进行增强处理，获取增强处理后的光斑图像；

对增强处理后的光斑图像进行二值化处理，输出二值化处理后的光斑图像；

其中，对光斑图像进行增强处理，包括：

对光斑图像进行灰度化处理，获取光斑图像中各像素点的灰度值，并统计灰度分布直方图，其中灰度分布直方图统计出每个灰度值对应的像素点数量；

对灰度分布直方图进行调节处理，其中采用的调节处理函数为；

式中，N(x)表示调节处理前灰度分布直方图中灰度值为x对应的像素点数量，N′(x)表示调节处理后灰度分布直方图中灰度值为x对应的像素点数量，N

根据调节处理后的灰度分布直方图计算每个灰度值的概率分布值，其中采用的概率分布函数为：

式中，P(x)表示调节处理后的灰度分布直方图中灰度值x的概率分布值，其中x＝0,1,2,…,N

对光斑图像的进行灰度增强处理，获取增强处理后的光斑图像，其中采用的灰度增强函数为：

X′(x，y)＝P(X(x，y))×255

式中，X′(x，y)表示灰度增强处理后光斑图像中像素点(x，y)的灰度值，x(x，y)表示原光斑图像中像素点(x，y)的灰度值，P(X(x，y))表示调节处理后的灰度分布直方图中灰度值X(x，y)的概率分布值。

优选的，N

对增强处理后的光斑图像进行二值化处理，包括，采用边缘检测算法获取光斑的边缘信息，并根据光斑的边缘信息获取光斑部分和背景部分，并根据光斑部分和背景部分对光斑图像进行二值化处理。

针对光斑图像中，光斑的边缘部分通常亮度会低于光斑中心的部分，由于光斑边缘部分的亮度交底，因此边缘部分与图像背景的对比度会存在不明显的问题，从而导致了对光斑进行边缘信息获取并进一步根据边缘信息计算光斑中心坐标的时候，由于光斑边缘部分亮度对比度不高导致边缘信息获取不准确，从而影响了光斑中心坐标计算的精确度。上述实施方式中，提出了一种专门针对光斑图像进行增强处理的技术方案，能够有效提高光斑图像中灰度级处于中间部分(即光斑边缘部分)的对比度，增强光斑边缘部分的呈现效果，有助于提高后续进一步根据后续光斑边缘信息进行二值化，并进一步获取光斑中心坐标的精确度。

上述实施方式中，处理模块1中设置有专门针对由激光位移传感器模块2传输的光斑图像进行处理的光斑图像处理单元12，通过光斑图像处理单元12能够根据光斑图像准确获取激光位移传感器模块2的距离测量结果。

一种实施方式中，处理模块1还包括显示单元13，显示单元13用于显示由各激光位移传感器模块2测量的待测物体的位移距离。

一种场景中，针对大面积的待测物体，分别在待测物体测量平面的四个角位置分别对应设置一个激光位移传感器模块2，由4个激光位移传感器模块2分别对待测物体的四个角进行距离测量；在开始测量时，通过处理模块1发送控制指令控制4个激光位移传感器模块2同时发射激光，并分别接收4个激光位移传感器模块2反馈的光斑图像，当光斑图像稳定后，分别获取4个激光位移传感器模块2对应光斑图像的光斑中心坐标，同时并根据该光斑中心坐标标定为标准坐标。激光位移传感器持续对待测物体进行检测，当在待测物体沿激光发射方向进行位移的过程中，处理模块1对4个激光位移传感器模块2某一时刻反馈的光斑图像再次进行处理，分别获取4个激光位移传感器模块2对应光斑图像的光斑中心坐标，并将光斑中心坐标与对应激光位移传感器模块2的标准坐标进行比对，获取光斑位移量，并进一步根据光斑位移量计算待测物体的位移距离，通过同时计算4个激光位移传感器模块2检测待测物体4个角的位移距离并进行显示，能够使得工作人员根据4个角的位移量判断待测物体在移动过程中是否发生偏转等，同时还能够根据不同场景的需要结合多个激光位移传感器模块2的距离测量结果进行综合分析，满足不同场景下的距离测量需求。

需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。