免标定车载空间滤波测速装置及测速方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种免标定车载空间滤波测速装置及测速方法，该免标定车载空间滤波测速装置，利用具有测量该装置与待处理路面高度差功能的激光位移传感器，测量免标定车载空间滤波测速装置离地面的高度，无需对该装置的比例因子反复进行标定，提高了检测效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车载测速
，具体的涉及一种免标定车载空间滤波测速装置及测速方法。
技术介绍
现有空间滤波测速仪的成像基本原理：光源照射到运动物体表面时，散射光将运动物体表面的图像信息经过接收物镜传到等距光栅(空间滤波器)上，空间滤波器间隔设有黑色和白色部分，其中黑色部分为挡光部分，白色部分为透光部分。运动物体表面某个粒子的像在空间滤波器上运动，从而该粒子的速度信息被空间滤波器转换成一个频率与粒子运动速度成正比的光强信号，再通过聚焦透镜将光强信号汇聚在探测器上，被探测器转换成同频率的时域信号。如果物体表面的粒子在与光轴垂直的平面上具有速度为V’，V’在与平行狭缝垂直方向的速度分量为ν'cosθ。则物体表面粒子的运动速度v与时域信号频率f之间的关系为：其中：p为滤波器中平行狭缝之间的间隔，即空间周期；M为成像系统中物镜的放大倍数，即v’＝Mv。通过测量探测器输出的时域信号的频率，就可以得到物体运动的速度。通常称p/(Mcosθ)为系统的比例因子。空间滤波测速仪车载应用的场合中，工作距离影响着空间滤波测速仪的比例因子，而工作距离不仅随着车辆的颠簸和路面的起伏而变化，也与车辆轮胎的气压以及车辆所承载的重量有关。现有技术中，为了使工作距离的变化不引起比例因子的变化，需要运用远心成像系统来克服工作距离对比例因子的干扰。然而，远心光路系统中只有主光线中与光轴平行的光束对成像有贡献，采用远心光路系统后对待检测路面的成像亮度较低，降低了空间滤波测速仪的探测能力。此外，远心光路系统在实际应用中也不能完全消除工作距离变化对比例因子的影响，只能在一定程度上抑制比例因子的变化。另一方面，采用远心光路系统后，空间滤波测速仪在每次安装完毕后都要重新标定比例因子，这给使用带来了极大的不便。以上问题还影响了空间滤波测速仪的测量精度。
技术实现思路
为克服现有车载空间滤波测速仪的上述缺点，本专利技术提供了一种免标定车载空间滤波测速装置及测速方法。本专利技术提供一种免标定车载空间滤波测速装置，包括：用于对道路表面进行照明的照明装置、用于获取道路表面光学信息的接收透镜、用于抑制背景光干扰的光阑、用于对道路表面程序上的CMOS、用于对CMOS获取的电压信号进行处理的信号处理电路、用于检测免标定车载空间滤波测速装置距离道路表面的高度d的激光位移传感器和用于显示检测结果的显示屏，照明装置设置于接收透镜的一侧，照明装置所发射的光从接收透镜下方穿过；光阑设置于接收透镜与CMOS的传输光路上；CMOS与信号处理电路之间电连接；激光位移传感器的探测头朝向地面并与信号处理电路电连接；信号处理电路与显示器电连接；激光位移传感器包括用于产生激光的激光器、用于被测点成像的CCD、用于对激光器和CCD进行控制的控制电路和用于对CCD输出信息进行处理以获得道路表面位移信息的信号处理模块，激光器的出射光口处设置聚焦透镜，CCD的入射光路上设置成像透镜，并能实现从激光器出射的激光经聚焦透镜聚焦后从成像透镜进入CCD中的激光光路传输。进一步地，照明装置为能产生较大功率非相干光源的照明装置。进一步地，CMOS为线阵型CMOS。本专利技术另一方面还提供了一种上述免标定车载空间滤波测速装置的测速方法，包括以下步骤：步骤S100：在将激光位移传感器集成到免标定车载空间滤波测速装置中的过程中，使激光位移传感器与其基准面的距离与免标定车载空间滤波测速装置的标称工作距离一致；从而保证免标定车载空间滤波测速装置工作在标称工作距离下，步骤S200：对已知移动速度的速度源的移动位移进行实时测量，得到初始高度d1下的比例因子；步骤S300：较小幅度地改变本专利技术提供的免标定车载空间滤波测速装置的初始高度d1，之后再次对速度源的移动位移进行实时测量，同时得到速度信息和改变后的高度di；较小幅度为±3～5mm。步骤S400：多次重复步骤S300，直至免标定车载空间滤波测速装置的景深范围都得到覆盖时停止，得到速度信息v'和实际工作距离d；步骤S500：根据步骤S100～S400中得到的速度信息v'和实际工作距离d以及速度源的实际速度vtrue，对三者的关系进行曲线拟合得到函数：vtrue＝f(v′,d) (3)步骤S600：根据免标定车载空间滤波测速装置中测量得到的实际速度v'和激光位移传感器测得实际工作距离d，求解公式(3)得到修正后的速度v。本专利技术的技术效果：1、本专利技术提供免标定车载空间滤波测速装置，利用具有测量该装置与待处理路面高度差功能的激光位移传感器，测量免标定车载空间滤波测速装置离地面的高度，无需对该装置的比例因子繁复进行标定，提高了检测效率。2、本专利技术提供免标定车载空间滤波测速装置，基于所测得高度d实时修正测免标定车载空间滤波测速装置的比例因子。一方面提高了空间滤波测速的测量精度；另一方面，每次安装免标定车载空间滤波测速装置后根据激光位移传感器测量得到的免标定车载空间滤波测速装置离地面的高度，即可准确计算出比例因子，避免对系统的频繁标定。2、本专利技术提供免标定车载空间滤波测速装置，运用频域内频谱细化与频谱校正，提高频谱分辨率及信号频率的准确度，从而减小了传统信号处理算法引起的误差。3、本专利技术提供免标定车载空间滤波测速装置，以线阵CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)代替传统的光栅或光电池作为空间滤波器，扩大了空间滤波测速仪的测速范围并提高了系统测量结果的可靠性。具体请参考根据本专利技术的免标定车载空间滤波测速装置及测速方法提出的各种实施例的如下描述，将使得本专利技术的上述和其他方面显而易见。附图说明图1是本专利技术优选实施例免标定车载空间滤波测速装置的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例激光三角反射位移测量原理示意图；图3是本专利技术优选实施例免标定车载空间滤波测速仪中工作距离测量单元结构示意图。图例说明：1、照明装置；2、道路表面；3、接收透镜；4、光阑；5CMOS、；6、激光位移传感器；7、信号处理电路；8、显示屏。具体实施方式构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。为便于理解，对本专利技术提供的技术方案概述：主要是利用激光位移传感器6测量免标定车载空间滤波测速装置离地面的高度d，并利用高度d实时修正测速系统的比例因子。参见图1，本专利技术提供的免标定车载空间滤波测速装置包括用于对道路表面进行照明的照明装置、用于获取道路表面光学信息的接收透镜、用于抑制背景光干扰的光阑、用于对道路表面程序上的CMOS、用于对CMOS获取的电压信号进行处理的信号处理电路、用于检测免标定车载空间滤波测速装置距离道路表面的高度d的激光位移传感器和用于显示检测结果的显示屏，照明装置设置于接收透镜的一侧，照明装置所发射的光从接收透镜下方穿过；光阑设置于接收透镜与CMOS的传输光路上；CMOS与信号处理电路之间电连接；激光位移传感器的探测头朝向地面并与信号处理电路电连接；信号处理电路与显示器电连接。使用时照明装置照亮被测的道路表面，道路表面通过接收透镜成像于线阵CMOS产生的光放射透过接收透镜成像于线阵CMOS中，线阵CMOS收到该光反射的刺激后，输出的电压信号传输至信号处理电路进行处理，通过信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种免标定车载空间滤波测速装置，其特征在于，包括：用于对道路表面进行照明的照明装置、用于获取道路表面光学信息的接收透镜、用于抑制背景光干扰的光阑、用于对所述道路表面程序上的CMOS、用于对所述CMOS获取的电压信号进行处理的信号处理电路、用于检测所述免标定车载空间滤波测速装置距离所述道路表面的高度d的激光位移传感器和用于显示检测结果的显示屏，所述照明装置设置于所述接收透镜的一侧，所述照明装置所发射的光从所述接收透镜下方穿过；所述光阑设置于所述接收透镜与所述CMOS的传输光路上；所述CMOS与所述信号处理电路之间电连接；所述激光位移传感器的探测头朝向地面并与所述信号处理电路电连接；所述信号处理电路与所述显示器电连接；所述激光位移传感器包括用于产生激光的激光器、用于被测点成像的CCD、用于对所述激光器和所述CCD进行控制的控制电路和用于对所述CCD输出信息进行处理以获得所述道路表面位移信息的信号处理模块，所述激光器的出射光口处设置聚焦透镜，所述CCD的入射光路上设置成像透镜，并能实现从所述激光器出射的激光经所述聚焦透镜聚焦后从所述成像透镜进入所述CCD中的激光光路传输。

【技术特征摘要】
1.一种免标定车载空间滤波测速装置，其特征在于，包括：用于对道路表面进行照明的照明装置、用于获取道路表面光学信息的接收透镜、用于抑制背景光干扰的光阑、用于对所述道路表面程序上的CMOS、用于对所述CMOS获取的电压信号进行处理的信号处理电路、用于检测所述免标定车载空间滤波测速装置距离所述道路表面的高度d的激光位移传感器和用于显示检测结果的显示屏，所述照明装置设置于所述接收透镜的一侧，所述照明装置所发射的光从所述接收透镜下方穿过；所述光阑设置于所述接收透镜与所述CMOS的传输光路上；所述CMOS与所述信号处理电路之间电连接；所述激光位移传感器的探测头朝向地面并与所述信号处理电路电连接；所述信号处理电路与所述显示器电连接；所述激光位移传感器包括用于产生激光的激光器、用于被测点成像的CCD、用于对所述激光器和所述CCD进行控制的控制电路和用于对所述CCD输出信息进行处理以获得所述道路表面位移信息的信号处理模块，所述激光器的出射光口处设置聚焦透镜，所述CCD的入射光路上设置成像透镜，并能实现从所述激光器出射的激光经所述聚焦透镜聚焦后从所述成像透镜进入所述CCD中的激光光路传输。2.根据权利要求1所述的免标定车载空间滤波测速装置，其特征在于，所述照明装置为能产生较大功率非相干光源的照明装置。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，聂晓，樊振，王梦，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43