具有偏振分析的激光距离测量模块制造技术

具有偏振分析的激光距离测量模块。本发明专利技术涉及用于确定到目标对象的距离的距离测量方法和电子激光距离测量模块，该距离测量方法和电子激光距离测量模块具体在手持距离测量装置(1、1’、1”、1”’)、激光扫描仪、轮廓仪、激光跟踪器或视距仪中使用，其中，由激光距离测量模块的发送单元以所选择的偏振态发射发送信号(20)。在这种情况下，发送信号(20)被发射且接收信号被获取，使得发送信号(20)的偏振态的偏振标识符附着于接收信号，并且基于偏振标识符得到接收信号的评价，以在处理接收信号以确定距离期间，将多次反射考虑在内。

【技术实现步骤摘要】
具有偏振分析的激光距离测量模块
本专利技术涉及用于确定到目标对象的距离的距离测量方法和电子激光测量模块，该距离测量方法和电子激光距离测量模块具体地用于手持距离测量装置、激光扫描仪、轮廓仪、激光跟踪器或视距仪中，其中，由激光距离测量模块的发送单元发射所选择的偏振态。在这种情况下，发射发送信号且获取接收信号，使得可以得到发送信号的偏振态的偏振识别，以在处理接收信号以确定距离期间，将多次反射考虑在内。
技术介绍
电子和/或电子光学距离测量领域中已知各种原理和方法。一种方案是将脉冲电磁辐射(例如，激光)发射到要测量的目标，随后从作为后向散射对象的该目标接收回波，其中，例如可以基于脉冲的运行时间、形状和/或相位来确定到要测量的目标的距离。这种激光测距仪已经作为标准解决方案在许多领域中随着时间的过去而变得普遍。通常使用两种不同的方案或其组合来检测后向散射的脉冲。在所谓的阈值方法中，在入射在所用距离测量装置的检测器上的辐射强度超过特定阈值时，检测到光脉冲。该阈值防止来自背景的噪声和干扰信号被不正确地检测为有用信号(即，作为已发射信号的后向散射光)。另一种方案是基于后向散射的脉冲的采样。该方案通常用于如例如由更大测量距离或通常由于测量准确性的提高而引起的弱后向散射信号(例如，脉冲信号)的情况下。所发射信号通过以下来检测：对由检测器获取的辐射采样，识别所采样范围内的信号，并且最后按照时间顺序确定信号的位置。通过使用与发射速率同步的接收信号的多个采样值和/或合计，在不利环境下也可以识别有用信号，使得可以应对甚至更大的距离或嘈杂或经受干扰的背景场景。目前，在这种情况下借助于波形数字化(WFD)方法来对由检测器获取的辐射的模拟信号的整个波形采样。在识别接收信号的关联发送信号的编码(ASK、FSK、PSK等)之后，从经采样、数字化且重构的信号的已限定的延伸点(例如，拐点、曲线最大值)或积分地借助于从时间内插已知的最佳滤波器，非常准确地确定信号运行时间(“脉冲运行时间”)。作为确定脉冲运行时间的另选方案或除了确定脉冲运行时间之外，还经常关于振幅、相位、偏振、波长和/或频率编码或调制的脉冲或脉冲序列执行(快速)采样。在按照时间顺序非常精确地采样后向散射信号的方案中，将由检测器生成的电信号借助于模数转换器(ADC)转换成数字信号序列。该数字信号通常随后进一步实时处理。在第一步骤中，由特殊数字滤波器识别常被调制为脉冲的信号，并且最终确定其在信号序列内的位置。通过使用多个经采样的脉冲序列，在不利环境下也可以识别有用信号，使得可以应对甚至更大的距离或嘈杂或经受干扰的背景场景。一种最简单的调制是经由间隔编码识别独立脉冲或脉冲序列，如例如在EP1832897B1中描述。该调制例如用于重新识别能力的目的。例如在模糊性出现时需要该识别，该模糊性可能在脉冲的运行时间测量中由于不同情形而引起，例如，在超过一个脉冲或一个脉冲组位于测量装置与目标对象之间时。用于距离测量的目标对象在这种情况下一方面可以为对象的自然表面，诸如房屋墙壁、道路、窗户、设有涂漆层的对象、亚光或光泽金属表面等。然而，另一方面，目标面板，诸如回射膜或隅角棱镜，也可以用作目标对象。在使用激光束测量表面时，光依赖于光特性和机械组成被不同地散射并反射。在粗糙或亚光表面的情况下，光根据郎伯(Lambert)定律沿所有方向均匀散射。在具有光泽的表面的情况下，大部分沿镜面反射方向反射，并且在具有纹理的表面的情况下，会产生具有高强度的复杂的后向散射图案。因为后向散射在距离测量装置的方向上根本不发生，即使在具有郎伯散射行为的表面的情况下，所以所散射或反射的光将在另外的表面上入射并再次经历后向散射的可能性非常高。多次反射损害距离测量。因此，通常，距离测量装置以以下这种方式来设计：距离测量装置的接收装置仅具有非常小的视场，借此，多次反射的辐射不再在距离测量装置的视场中。然而，存在这样的要测量的对象的结构和形状，其中，即使利用接收单元的非常小的视场，多次反射的问题仍然引起干扰。这些尤其特别是在两个表面相遇的边缘或角落中发生。反射的辐射的一部分在接近角落处且在角落本身中散射两次，并被测距仪的接收单元获取。例如，如果两个壁中的至少一个还具有涂漆层，那么多次反射变得主要。具体地，同样地，湿表面(例如，湿道路)会导致造成干扰的多次反射，该多次反射找到返回到测量装置的接收单元中的路径。含金属或由塑料制造的对象根本上趋向于镜面反射。例如，如果扫描由这种材料制成的管子，则由此，测量点的坐标经常是不正确的。例如，在激光扫描时，经常进行隐含暗示：激光束一在要测量的对象表面上入射，测量装置所见的区域就仅接收散射一次的辐射。此前忽视不直接源于对象上的入射点的其他光束成分。多次反射的结果是已确定点云中的伪影，特别是在测量具有部分光泽的对象时，诸如金属部分或窗玻璃。伪影包含在窗玻璃中反射的壁、角落中的平面的失真形状、经由有光泽管或栏杆沿激光束的方向反射的异物等。回射对象占据特殊位置。它们生成三次反射，但以回到测量装置的精确角度反射。由此，不照射不期望的第二表面，并且距离测量在考虑回射材料中的之字形路径的情况下是正确的。该距离偏移被称为回射目标对象的加常数。目前很少知道用于在距离测量的范围内补偿由于多次反射引起的伪影的测量。基于波形数字化(WFD)的原理的现代测距仪例如可以检测由于交叠的多次反射或多个目标而导致的信号或脉冲形状的失真。在这种事件的情况下，距离测量的结果通常被丢弃。在各关联距离值之间的距离大于单次反射信号的波形的宽度的多次反射的情况下，输出与目标关联的两个距离值。然而，不肯定所确定的距离是否是正确的，在这种情况下，还存另外光路，例如在湿道路上反射，这未被识别为多次反射。在窗玻璃上的反射的情况下，不表示与测量装置有关的真实径向距离的多次反射也可以保持不被识别。还知道抑制特定多次反射的装置，例如，在这些装置中，抑制以比测量装置的接收角(FOV)陡的角度反射回光接收单元的多次反射。由此，仅接收具有在视场(FOV)内的光束角的信号。然而，在接收视场内仍然有多次反射的问题。目前测距仪通常具有1至2毫弧度的视场。因为接收单元的视场连同所发送光束一起旋转，所以具有快速旋转的激光束的扫描仪经常仍然具有较大的视场。这具有以下缺点：在激光脉冲到目标对象且返回的运行时间期间，接收单元的视场进一步逐步旋转，因此不再看向要接收的脉冲的方向。接收单元的视场的尺寸必须被形成为具有足够大的角度范围，或者需要所谓的反旋，如在教科书中找到的。虽然如此，但在具有快速扫描单元(>50Hz)和/或测量大于100m的距离的特定现代扫描仪中，仍需要大的接收空间角。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供改进的距离测量，该距离测量至少识别多次反射的伪影且由此自动抑制有缺陷的距离测量结果。本专利技术的一个特别目的是另外提供测量处理，在该测量处理中，补偿了由于多次反射引起的距离误差，因此使得能够提高距离测量准确性。这些目的通过实现独立权利要求的特性描述特征来实现。以另选或有利方式完善本专利技术的特征可以从从属权利要求推断。本专利技术涉及一种用于确定到目标对象的距离的距离测量方法，该距离测量方法具体用于激光距离测量装置中，该激光距离测量装置特别被构造为手持距离测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定到目标对象的距离的距离测量方法，该距离测量方法具体用于激光距离测量装置(1、1’、1”、1”’)中，该激光距离测量装置特别被构造为手持距离测量装置、激光扫描仪、轮廓仪、激光跟踪器或视距仪，该距离测量方法包括以下步骤：●发射发送信号，具体地脉冲信号序列；●接收在所述目标对象上反射的所述发送信号的至少多个部分作为接收信号；●处理所述接收信号，以从所述接收信号得到到所述目标对象的距离，该距离测量方法的特征在于：●在已限定的偏振态下发射所述发送信号(20)，具体地其中，已知所述发送信号(20)的所述偏振态的至少一个偏振标识符，特别是至少一个Stokes参数的值和/或偏振方向，●发射所述发送信号(20)且获取所述接收信号，使得所述发送信号(20)的所述偏振态的偏振标识符附着于所述接收信号，其中，所述偏振标识符被选择为使得所述偏振标识符作为所述接收信号是源于所述发送信号(20)的单次反射还是多次反射的指示，并且●基于所述偏振标识符，得到所述接收信号的评价，其中，在处理所述接收信号以确定到所述目标对象的距离期间，将所述接收信号的所述评价考虑在内。

【技术特征摘要】
2016.11.22 EP 16200115.01.一种用于确定到目标对象的距离的距离测量方法，该距离测量方法具体用于激光距离测量装置(1、1’、1”、1”’)中，该激光距离测量装置特别被构造为手持距离测量装置、激光扫描仪、轮廓仪、激光跟踪器或视距仪，该距离测量方法包括以下步骤：●发射发送信号，具体地脉冲信号序列；●接收在所述目标对象上反射的所述发送信号的至少多个部分作为接收信号；●处理所述接收信号，以从所述接收信号得到到所述目标对象的距离，该距离测量方法的特征在于：●在已限定的偏振态下发射所述发送信号(20)，具体地其中，已知所述发送信号(20)的所述偏振态的至少一个偏振标识符，特别是至少一个Stokes参数的值和/或偏振方向，●发射所述发送信号(20)且获取所述接收信号，使得所述发送信号(20)的所述偏振态的偏振标识符附着于所述接收信号，其中，所述偏振标识符被选择为使得所述偏振标识符作为所述接收信号是源于所述发送信号(20)的单次反射还是多次反射的指示，并且●基于所述偏振标识符，得到所述接收信号的评价，其中，在处理所述接收信号以确定到所述目标对象的距离期间，将所述接收信号的所述评价考虑在内。2.根据权利要求1所述的距离测量方法，该距离测量方法的特征在于：发射所述发送信号(20)作为完全线偏振辐射或完全圆偏振辐射。3.根据权利要求1所述的距离测量方法，该距离测量方法的特征在于：发射所述发送信号(20)作为独立部分信号的发送信号序列，其中，独立部分信号的偏振态在根据已限定的时间序列确定所述距离的范围内改变，具体地其中，生成独立的完全偏振部分信号的时间偏振序列，特别地其中，所述偏振序列包括；●相对于彼此正交的两个完全线偏振的部分信号，或●相对于彼此正交的两个完全圆偏振的部分信号。4.根据前述权利要求中任一项所述的距离测量方法，该距离测量方法的特征在于：借助于波形数字化(40)分析所述接收信号，具体地其中，发射具有已限定的束发散性的所述发送信号(20)，并且使用接收单元获取所述接收信号，使得所述接收单元具有与所述发送信号(20)的所述束发散性相同或小于该束发散性的视场角。5.根据前述权利要求中任一项所述的距离测量方法，该距离测量方法的特征在于：●发射所述发送信号(20)的第一部分信号，作为完全线偏振辐射或完全圆偏振辐射，●发射所述发送信号(20)的第二部分信号，作为具有相对于所述第一部分信号正交的偏振态的完全偏振辐射，●获取在所述目标对象上反射的所述第一部分信号的至少多个部分，作为第一接收部分信号，并且获取在所述目标对象上反射的所述第二部分信号的至少多个部分，作为第二接收部分信号，●测量所述第一接收部分信号的一部分的第一强度，●测量所述第二接收部分信号的一部分的第二强度，●基于所述第一强度和所述第二强度，得到(50)第一比较值，具体地为强度比、偏振度DOP、线偏振度DOLP或圆偏振度DOCP，并且●对于所述第一接收部分信号和/或所述第二接收部分信号的评价，具体地对于由于所述第一部分信号和/或所述第二部分信号在多个目标上的多次反射而产生的所述第一接收部分信号和/或所述第二接收部分信号中的多个信号的识别或分辨，将所述第一比较值考虑在内。6.根据前述权利要求中任一项所述的距离测量方法，该距离测量方法的特征在于：●发射所述发送信号(20)的第三部分信号，作为完全线偏振辐射或完全圆偏振辐射，●发射所述发送信号(20)的第四部分信号，作为具有相对于所述第三部分信号正交的偏振态的完全偏振辐射，●获取在所述目标对象上反射的所述第三部分信号的至少多个部分，作为第三接收部分信号，并且获取在所述目标对象上反射的所述第四部分信号的至少多个部分，作为第四接收部分信号，●使用第一偏振分析器测量所述第三接收部分信号的一部分的第三强度，●使用第二偏振分析器测量所述第四接收部分信号的一部分的第四强度，●基于所述第三强度和所述第四强度，得到(50)第二比较值，具体地为强度比、偏振度DOP、线偏振度DOLP或圆偏振度DOCP，并且●对于所述第三接收部分信号和/或所述第四接收部分信号的评价，具体地对于由于所述第三部分信号和/或所述第四部分信号在多个目标上的多次反射而产生的所述第三接收部分信号和/或所述第四接收部分信号中的多个信号的识别或分辨，将所述第二比较值考虑在内。7.根据权利要求5或6所述的距离测量方法，该距离测量方法的特征在于：基于以下组的至少一个元素，将所述第一比较值和/或所述第二比较值与基于表示至少一个目标对象的一组已限定的散射特性的第一阈值和/或第二阈值进行比较：●几何表面结构；●表面多孔性；●反照率特性；●反射特性；●吸收特性；以及●相位特性。8.根据前述权利要求中任一项所述的距离测量方法，该距离测量方法的特征在于：●已知所述发送信号(20)的至少一个偏振标识符，具体为至少一个Stokes参数的值，●得到所述接收信号的至少一个偏振标识符，具体为所述至少一个Stokes参数的值，并且●基于所述发送信号的所述至少一个偏振标识符和/或所述接收信号的所述至少一个偏振标识符，得到(60)以下组的至少一个评价参数：○所述接收信号的偏振度DOP，具体为线偏振度DOLP和/或圆偏振度DOCP；○所述接收信号的偏振角；○发送信号(20)与接收信号之间的消偏振因子，具体地作为所述目标对象的所述反照率的函数；其中，在处理所述接收信号以确定到所述目标对象的距离期间，对于所述接收信号的所述评价，将所述至少一个评价参数考虑在内，具体地其中，生成所述至少一个评价参数的具有在皮秒范围内的时间分辨率的进展。9.一种用于确定到目标对象的距离的距离测量模块，该距离测量模块具体用于激光距离测量装置中，该激光距离测量装置特别被构造为...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·辛德林，T·皮奥克，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH