对人眼安全的激光三角测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种对人眼安全的激光三角测量系统，包括：激光发射器、光学投射装置、激光束捕获单元、协作单元以及图像处理装置；所述激光发射器用于产生脉冲激光束的点脉冲激光；所述光学投射装置设置在激光发射器的前端，用于将点脉冲激光转化为线激光；所述激光束捕获单元用于捕获线激光经目标位置反射的反射光得到激光图像；所述协作单元用于控制激光发射器的开启与关闭，以及控制激光束捕获单元的捕获；所述图像处理装置用于对激光图像进行3D建模，得到目标位置的距离。本发明专利技术能够避免点状激光扫描所带来的扫描装置成本，并使得本系统的平均功率低、光束扩散角大，能够有效的防止激光对人眼造成任何伤害。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉激光测量领域，具体地，涉及一种对人眼安全的激光三角测量系统。
技术介绍
目前，有多种方式可以进行距离测量。超声波测距和激光三角测距是目前主流的测距方法。超声波测距是利用压电或者磁致形变现象产生超声波进行测距。超声波测距系统包括一个超声波发生装置和一个超声波接收装置。超声波发射装置发射超声波，超声波在传播过程中碰到障碍物或者目标就会反射，最终被超声波接收器接收。通过超声波传播速度以及超声波传播所需时间，即可以计算出距离。然而，由于在曲面或者弯曲面，超声波会发生漫反射，影响了测量精度。同时超声波测距装置的抗干扰能力低，容易受到风或者其他自然因素的影响。激光测距是另一种测距方式。根据使用的物理信息的不同，激光测距可以分为很多种方式。一些激光测量系统利用反射波的相位变化来进行距离测量，还有一些使用脉冲的方式进行测量。使用脉冲进行激光测量利用的是激光传播过程中的往返时间来进行距离测量。激光三角测距将激光器、目标点和激光接收装置放置在三个点上。激光器发射激光，然后经过目标点的反射，最终被激光接收器接收。激光接收器接收到激光以后，根据激光三角测距原理计算出距离。然后，激光器的发射功率较大，对于人眼是有危害的，同时，接收传感器需要较高的灵敏度，便于接收激光信号，这增加的设备的成本。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种对人眼安全的激光三角测量系统。根据本专利技术提供的对人眼安全的激光三角测量系统，包括：激光发射器、光学投射装置、激光束捕获单元、协作单元以及图像处理装置；所述激光发射器用于产生脉冲激光束的点脉冲激光；所述光学投射装置设置在激光发射器的前端，用于将点脉冲激光转化为线激光；所述激光束捕获单元用于捕获线激光经目标位置反射的反射光得到激光图像；所述协作单元用于控制激光发射器的开启与关闭，以及控制激光束捕获单元的捕获；所述图像处理装置用于对激光图像进行3D建模，得到目标位置的距离。优选地，所述激光发射器包括：激光二极管、恒流源以及保护电路；所述恒流源接收协作单元的触发信号的触发并开启时间Ton后关闭，在恒流源处于开启时间时，激光二极管产生点脉冲激光，其中，所述保护电路用于控制开启时间Ton小于制定的阈值。优选地，所述激光束捕获单元为照相机，所述照相机的摄像头前端有一个窄带带通滤波器，该窄带带通滤波器的中心波长与激光发射器发射的激光的波长相同，即能够滤除大多数自然光对系统的影响。优选地，所述协作单元产生脉冲控制信号控制照相机快门打开与关闭，以及激光发射器的开启与关闭；具体地，激光发生器根据照相机快门的开关间隔产生激光，即每隔一次快门打开，激光发生器产生一次激光；由于脉冲控制信号的时间间隔较短，因此两幅连续激光图像之间的背景差别较小，通过比较连续的两幅激光图像能够从背景像素中将激光点像素提取出来。优选地，图像处理装置还包括对激光图像进行滤波处理以及激光线提取，通过提取的激光线进行3D建模。优选地，保护电路通过计时器方式和硬件电路计时方式这两种控制开启时间Ton小于50us。优选地，激光二极管的输出功率为200mW。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术采用线激光进行三角测量，能够避免点状激光扫描所带来的扫描装置成本，并提高系统的稳定性。2、本专利技术采用短脉冲式的工作方式以及线激光投射激光，可以使得本设备的平均功率低、光束扩散角大，能够有效的防止激光对人眼造成任何伤害。3、本专利技术采用基于窄带滤光片以及背景建模的方法，可以有效的提取激光线并抑制噪声的干扰，使得本系统可以在日光下运行。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中测量目标点与装置之间距离的原理图；图2为本专利技术中的系统的测试流程示意图；图3为协调控制图像单元和激光发射单元的时序图；图4为激光驱动电路的结构图；图5为激光束与照相机之间的位置关系图；图6为P点的x轴坐标和y轴坐标关系示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的对人眼安全的激光三角测量装置，包括一个激光二极管用于发射点激光，一个光学投射装置将点激光转化为线激光，一个激光捕获单元用于捕捉反射的激光束，一个协作单元，用于控制激光器和图像单元的曝光时间，使二者进行协作，一个图像分析器用于将捕获的图像进行3D建模。所述激光二极管设有一个保护电路驱动，用于确保激光器的打开时间为10us±2，以确保人眼安全。激光二极管发射的是点激光，经过光学投射装置的转换，转换成线激光，而不是使用线激光发射器，从而降低了成本。所述激光保护电路包括：硬件保护和软件保护。其中的软件保护能够对脉冲信号进行监控，确保激光器的导通时间为10us，所述硬件保护通过保护电路确保脉冲激光器的导通时间为10us，同时确保在软件保护不工作的时候，通过硬件对激光器的导通时间进行保护。微控制器控制摄像头快门的开合，在快门打开的同时，所述协作装置产生一个触发信号，用于打开激光器，反射的激光通过摄像头捕获，并进行距离计算。所述图像单元的前端装有窄带带通滤波器，用于滤除自然光对于系统的影响。如图1所示，激光发射器11产生点激光，为了将点激光转化为线激光13，在激光发射机上放置光学投射装置。通过光学投射装置的投射，点激光转化为线激光13。由于点激光发射器比线激光发射器成本低，所以系统的成本降低。线激光13遇障碍物15后发生反射，反射光14被照相机12接收。通过记录激光传播时间，可以计算距离D。其中，照相机12的摄像头前端有一个窄带带通滤波器。由于激光具有单向性和高亮度的特点，使得窄带带通滤波器的中心波长与激光的波长相同，从而滤除大多数自然光对系统的影响。激光器发射的激光的波长为808nm，窄带带通滤波器的中心波长也为808nm，带通宽度为20nm。协作控制图像单元用于控制激光发射器产生激光，控制摄像头获取激光图像。获取的图像通过处理单元进行处理，得到激光在图像上的准确位置。距离计算和存储装置进行距离的计算和存储。如图2所示，激光发射器发出激光，激光在目标位置发生反射，最终被照相机捕捉。捕获的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对人眼安全的激光三角测量系统，其特征在于，包括：激光发射器、光学投射装置、激光束捕获单元、协作单元以及图像处理装置；所述激光发射器用于产生脉冲激光束的点脉冲激光；所述光学投射装置设置在激光发射器的前端，用于将点脉冲激光转化为线激光；所述激光束捕获单元用于捕获线激光经目标位置反射的反射光得到激光图像；所述协作单元用于控制激光发射器的开启与关闭，以及控制激光束捕获单元的捕获；所述图像处理装置用于对激光图像进行3D建模，得到目标位置的距离。

【技术特征摘要】
1.一种对人眼安全的激光三角测量系统，其特征在于，包括：激光发射器、光学
投射装置、激光束捕获单元、协作单元以及图像处理装置；
所述激光发射器用于产生脉冲激光束的点脉冲激光；
所述光学投射装置设置在激光发射器的前端，用于将点脉冲激光转化为线激光；
所述激光束捕获单元用于捕获线激光经目标位置反射的反射光得到激光图像；
所述协作单元用于控制激光发射器的开启与关闭，以及控制激光束捕获单元的捕获；
所述图像处理装置用于对激光图像进行3D建模，得到目标位置的距离。
2.根据权利要求1所述的对人眼安全的激光三角测量系统，其特征在于，所述激
光发射器包括：激光二极管、恒流源以及保护电路；所述恒流源接收协作单元的触发信
号的触发并开启时间Ton后关闭，在恒流源处于开启时间时，激光二极管产生点脉冲激
光，其中，所述保护电路用于控制开启时间Ton小于制定的阈值。
3.根据权利要求1所述的对人眼安全的激光三角测量系统，其特征在于，所述激
光束捕获单元为照相机，所述照相机的摄像头前端有一个窄带带通滤波器，该窄带带通

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，张润玺，何弢，廖文龙，张建飞，赵磊，黄定，刘力源，
申请(专利权)人：上海酷哇机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31