中心像素高精度识别光测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种中心像素高精度识别光测量系统及方法，其中系统包括光发射装置、光阑、带通滤光片、被测物、窄带滤光片、聚焦装置、图像传感器和信号处理装置；光发射装置、光阑、带通滤光片和被测物沿第一光路依次排列；被测物、带通滤光片、所带滤光片、聚焦装置和图像传感器沿第二光路依次排列；光发射装置包括光发射器和连接于光发射器的光驱动电路和光功率控制电路；图像传感器连接信号处理装置。本发明专利技术的一种中心像素高精度识别光测量系统及方法，通过对测量关键参数的控制，从而从系统的角度解决光三角测量精度的问题，具有成本低和测量精度高的优点。 1

Center pixel high accuracy identification optical measurement system and method

The present invention provides a central pixel high precision optical measurement system and method, in which the system includes an optical emission device, an aperture, a bandpass filter, a measured object, a narrow band filter, a focusing device, an image sensor and a signal processing device, and a light emission device, a diaphragm, a bandpass filter and a measured object along the first light path. Arrangement; the object, bandpass filter, filter, focusing device, and image sensor are arranged in turn along the second light path; the light emitting device includes an optical transmitter and an optical drive circuit connected with a light transmitter and an optical power control circuit; the image sensor is connected to a signal processing and mounting. A central pixel high precision optical measurement system and method are used in the invention to solve the problem of optical triangulation accuracy from the angle of the system, which has the advantages of low cost and high measurement precision. One

【技术实现步骤摘要】
中心像素高精度识别光测量系统及方法
本专利技术涉及光测量领域，尤其涉及一种中心像素高精度识别光测量系统及方法。
技术介绍
激光三角法测量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移或距离。传统激光三角测距或测位移方法中，对激光光源以及光学系统的设计提出了很高的要求，往往是通过增加了复杂的光学系统辅助设计以提高整个系统的测量精度，成本高昂，且在生产制造过程中很难保持一致性，提出的概念和方法很难实现批量性生产；且组成光学系统构造的部件过多，设计精度要求苛刻，设计复杂，对于整个系统的调试过程比较复杂，往往只适用于实验室阶段。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种中心像素高精度识别光测量系统及方法，通过对测量关键参数的控制，从而从系统的角度解决光三角测量精度的问题，具有成本低和测量精度高的优点。为了实现上述目的，本专利技术提供一种中心像素高精度识别光测量系统，包括一光发射装置、一光阑、一带通滤光片、一被测物、一窄带滤光片、一聚焦装置、一图像传感器和一信号处理装置；所述光发射装置向所述被测物发射光形成一第一光路，所述图像传感器沿一第二光路方向接收经所述被测物的反射光；所述光发射装置、所述光阑、所述带通滤光片和所述被测物沿所述第一光路依次排列；所述被测物、所述带通滤光片、所述窄带滤光片、所述聚焦装置和所述图像传感器沿所述第二光路依次排列；所述光发射装置包括一光发射器和连接于所述光发射器的一光驱动电路和一光功率控制电路；所述图像传感器连接所述信号处理装置。优选地，所述光发射器包括一发光二极管，所述发光二极管采用激光二极管或LED二极管，所述光驱动电路包括：所述发光二极管，所述发光二极管的正极连接一电源输入端；一第一三极管，所述第一三极管的集电极连接所述发光二极管的负极；一第一电阻，所述第一电阻连接于所述第一三极管的发射极和一接地端之间；一第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述电源输入端，所述第二电阻的第二端连接所述发光二极管的基极；一第二三极管，所述第二三极管的集电极连接所述第二电阻的第二端，所述第二三极管的发射极连接所述接地端；一光控二极管，所述光控二极管的负极连接所述电源输入端，所述光控二极管的正极连接所述第二三极管的基极；和一第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述光控二极管的正极和所述第二三极管的基极，所述第三电阻的第二端连接所述接地端。优选地，所述光功率控制电路包括：所述发光二极管；一第三三极管，所述第三三极管的集电极连接所述发光二极管的正极，所述第三三极管的发射极连接所述接地端；和一第四电阻，所述第四电阻的第一端连接一信号输入端，所述第四电阻的第二端连接所述第三三极管的基极。优选地，所述光功率控制电路还包括一滤波电路，所述滤波电路包括两相互并联的滤波电容，所述滤波电路连接于所述电源输入端与所述接地端之间。优选地，所述聚焦装置采用一凸透镜或一CCD镜头。优选地，所述图像传感器采用线性CMOS感光器件。优选地，所述光阑包括一基板和形成于所述基板的一光阑孔，所述光阑孔的中心位置与所述第一光路的光轴位置对应。本专利技术的一种基于本专利技术所述的中心像素高精度识别光测量系统的中心像素高精度识别光测量方法，包括步骤：S1：通过对所述光功率控制电路的调节使得所述光发射器工作在线性区；S2：控制所述光发射器向所述被测物发射所述光；S3：所述图像传感器采集所述反射光形成的光信号并将所述光信号传送给所述信号处理装置；S4：所述信号处理装置通过一像素中心算法处理所述光信号，获得当前光信号的一像素中心在所述图像传感器中的位置；S5：根据一三角测量公式计算获得所述被测物与所述聚焦装置之间的距离L，所述三角测量公式为：其中，f表示所述聚焦装置至所述图像传感器的距离；d表示所述光发射器中心与所述聚焦装置中心的间距；α表示所述第一光路和所述第二光路的夹角；x表示所述当前光信号的像素中心在所述图像传感器中的位置；M表示所述图像传感器的中心位置；N表示单个像素的尺寸大小；b表示所述图像传感器端面与所述聚焦装置端面的夹角。优选地，所述像素中心算法选自一般灰质中心算法、平方灰质中心算法和回差灰质中心算法之一；所述一般灰质中心算法的通过一公式(2)获得当前光信号的像素中心在所述图像传感器中的位置：其中，Xi表示第i像素的x轴坐标值；Yi表示第i像素对应的电平值；S表示像素的取点开始位置，F表示像素的取点终止位置；所述平方灰质中心算法通过一公式(3)获得当前光信号的像素中心在所述图像传感器中的位置：所述回差灰质中心算法包括步骤：S41：设定一期望阈值范围；S42：设定一回差值扩大所述期望阈值范围获得一回差阈值范围，所述回差阈值范围的最小值为所述期望阈值范围的最小值减去所述回差值，所述回差阈值范围的最大值为所述期望阈值范围的最大值加上所述回差值；S43：选取一所述像素的取点开始位置和一所述像素的取点终止位置；S43：判断所述像素的取点开始位置和所述像素的取点终止位置是否在所述回差阈值范围内；如在，利用所述公式(3)计算获得当前光信号的像素中心在所述图像传感器中的位置；如不在，返回步骤S43。优选地，所述S1步骤中：通过对所述光功率控制电路中所述第三电阻阻值的调节使得所述光发射器的电压和电流分别与所述光强度呈线性关系。本专利技术由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：带通滤光片和窄带滤光片的配合有效的阻止了环境光和其他波长段的光线进入到图像传感器，提高了图像传感器的灵敏度。光驱动电路用于驱动光发射器工作。光功率控制电路用于控制光发射器的功率。通过对光功率控制电路的调节，可将光发射器工作在线性区。信号处理装置用于对图像传感器的采集信号进行处理和计算。而由于像素中心算法的采用，使得本专利技术的中心像素高精度识别光测量方法能够更为精确地计算被测物的位移或距离。光驱动电路、光功率控制电路以及像素中心算法的配合，实现了可在本专利技术的较为简单的系统结构的基础上获得更为精确的测量结果，具有成本低、测量精度高、操作便捷和易于推广的优点。附图说明图1为本专利技术实施例的中心像素高精度识别光测量系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例的光驱动电路的电路结构示意图；图3为本专利技术实施例的光功率控制电路的电路结构示意图；图4为本专利技术实施例的图像传感器的成像图；图5为本专利技术实施例的像素中心算法的原理图；图6为本专利技术实施例的三角测量公式的原理图；图7为本专利技术实施例的中心像素高精度识别光测量方法的流程图。具体实施方式下面根据附图1～图7，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本专利技术的功能、特点。请参阅图1，本专利技术实施例的一种中心像素高精度识别光测量系统，包括一光发射装置1、一光阑2、一带通滤光片3、一被测物4、一窄带滤光片5、一聚焦装置6、一图像传感器7和一信号处理装置8；光发射装置1向被测物4发射光形成一第一光路，图像传感器7沿一第二光路方向接收经被测物4的反射光；光发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中心像素高精度识别光测量系统，其特征在于，包括一光发射装置、一光阑、一

【技术特征摘要】
1.一种中心像素高精度识别光测量系统，其特征在于，包括一光发射装置、一光阑、一带通滤光片、一被测物、一窄带滤光片、一聚焦装置、一图像传感器和一信号处理装置；所述光发射装置向所述被测物发射光形成一第一光路，所述图像传感器沿一第二光路方向接收经所述被测物的反射光；所述光发射装置、所述光阑、所述带通滤光片和所述被测物沿所述第一光路依次排列；所述被测物、所述带通滤光片、所述窄带滤光片、所述聚焦装置和所述图像传感器沿所述第二光路依次排列；所述光发射装置包括一光发射器和连接于所述光发射器的一光驱动电路和一光功率控制电路；所述图像传感器连接所述信号处理装置。2.根据权利要求1所述的中心像素高精度识别光测量系统，其特征在于，所述光发射器包括一发光二极管，所述发光二极管采用激光二极管或LED二极管，所述光驱动电路包括：所述发光二极管，所述发光二极管的正极连接一电源输入端；一第一三极管，所述第一三极管的集电极连接所述发光二极管的负极；一第一电阻，所述第一电阻连接于所述第一三极管的发射极和一接地端之间；一第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述电源输入端，所述第二电阻的第二端连接所述发光二极管的基极；一第二三极管，所述第二三极管的集电极连接所述第二电阻的第二端，所述第二三极管的发射极连接所述接地端；一光控二极管，所述光控二极管的负极连接所述电源输入端，所述光控二极管的正极连接所述第二三极管的基极；和一第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述光控二极管的正极和所述第二三极管的基极，所述第三电阻的第二端连接所述接地端。3.根据权利要求2所述的中心像素高精度识别光测量系统，其特征在于，所述光功率控制电路包括：所述发光二极管；一第三三极管，所述第三三极管的集电极连接所述发光二极管的正极，所述第三三极管的发射极连接所述接地端；和一第四电阻，所述第四电阻的第一端连接一信号输入端，所述第四电阻的第二端连接所述第三三极管的基极。4.根据权利要求3所述的中心像素高精度识别光测量系统，其特征在于，所述光功率控制电路还包括一滤波电路，所述滤波电路包括两相互并联的滤波电容，所述滤波电路连接于所述电源输入端与所述接地端之间。5.根据权利要求1～4任一项所述的中心像素高精度识别光测量系统，其特征在于，所述聚焦装置采用一凸透镜或一CCD镜头。6.根据权利要求5所述的中心像素高精度识别光测量系统，其特征在于，所述图像传感器采用线性CMOS感光器件。7.根据权利要求5所述的中心像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：许永童，
申请(专利权)人：上海兰宝传感科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31