一种距离和姿态角的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光电测量技术领域，提供了一种距离和姿态角的测量装置及测量方法，所述测量装置包括测量设备和目标板；测量设备包括连接架，设置在所述连接架上的图像传感器、投射激光器以及光学镜头；目标板固定在被测物体上；投射激光器用于向所述目标板发出激光光束，目标板在被所述激光光束照射后，形成目标点测量点；光学镜头将所述目标点测量点成像到所述图像传感器上，所述图像传感器对所述目标点测量点的图像进行探测后发送到处理器；所述处理器根据探测数据计算被测物体到所述测量设备的距离和被测物体的姿态角。本申请在同一套光机电系统中实现距离和姿态角的同时同步测量，使得测量设备结构简单，体积小，可以实现较远距离非接触测量。

A measuring device and method of distance and attitude angle

【技术实现步骤摘要】
一种距离和姿态角的测量装置及测量方法
本专利技术涉及光电测量
，尤其涉及一种距离和姿态角的测量装置及测量方法。
技术介绍
距离及姿态测量属于计量科学的重要组成部分，在航空航天、汽车制造、工业测量、精密加工以及仪器制造等许多领域都具有极其重要的意义和作用。由于其广泛的应用，国内外各研究单位进行了大量的研究，开发了多种测量方法。应用于距离测量的方法主要有：脉冲式激光测距技术、相位式激光测距技术以及双目交会式测距技术等。通常对距离和姿态角同时测量时，针对不同环境下的测量需求，选取其中的一种或多种技术进行组合，以满足测量需求。但以上这些方法在具体的测量环境中往往会遇到一些常见的问题，例如测量结构复杂，测量设备成本高、抗干扰性差以及测量设备体积较大，难以实现小型嵌入式设备应用等。具体而言，虽然位置及姿态测量方法有多种，但是要实现两者的同时测量时，各自采用不同的测量手段，测量过程独立，使得测量结构非常复杂。另外采用如陀螺仪、加速度计等方法测量姿态时，往往需要多个传感器，使得设备成本增高。采用经纬仪交会测量不仅成本高而且设备体积较大，难以实现结构简单的测量。另外，现有的激光测距技术，都是基于激光点测量，如果测量背景中存在较强的干扰光源，例如太阳直射，灯光直射以及被各种反射面反射的杂光等。这些光斑形态各异，只要处于接收视场中，就会造成干扰，从而大大影响测量精度。再者，现有设备往往将测距与测量姿态分开，采用不同的传感器，数据不能共享。因此，测量设备体积相对较大。由于受到体积限制，很难将之应用于小型的嵌入式设备中，这将影响该技术在某些领域的推广应用。故有必要提出一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种距离和姿态角的测量装置及测量方法，以解决现有距离和姿态角测量方法中存在的测量设备体积大、不能兼容嵌入式设备以及抗干扰性差的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种距离和姿态角的测量装置，所述测量装置包括测量设备和目标板；所述测量设备包括连接架，设置在所述连接架上的图像传感器、投射激光器以及光学镜头，所述图像传感器和所述投射激光器处于同一水平面内，且相对位置固定；所述目标板为一具有指定反射率和大小的金属平板，固定在被测物体上；所述投射激光器用于向所述目标板发出激光光束，所述目标板在被所述激光光束照射后，形成目标点测量点；所述光学镜头将所述目标点测量点成像到所述图像传感器上，所述图像传感器对所述目标点测量点的图像进行探测，并将探测数据发送到处理器；所述处理器在接收到所述探测数据后，根据所述图像传感器、投射激光器以及所述目标点测量点之间的三角关系计算所述被测物体到所述测量设备的距离，通过角度标定计算所述被测物体的姿态角。可选地，所述投射激光器发出的激光光束为十字激光光束，相应地，所述目标板在被所述激光光束照射后形成十字线，所述十字线的交叉点为所述目标测量点。可选地，所述投射激光器为红色半导体激光器。可选地，所述根据所述图像传感器、投射激光器以及所述目标点测量点之间的三角关系计算所述被测物体到所述测量设备的距离，包括：获取所述图像传感器和所述投射激光器之间的直线距离AC；根据所述目标测量点与所述图像传感器和所述投射激光器之间的位置关系绘制三角形ABC，其中A为所述图像传感器所在位置，B为所述目标测量点所在位置，C为所述投射激光器所在位置；获取AC与BC之间的夹角α，CA与AB之间夹角β以及AB与BC之间夹角θ；通过公式计算所述被测物体到所述测量设备的距离BD。所述姿态角φ采用标定的方式获得，首先根据所述图像传感器上获得的十字交叉图像，即直线a和直线b，通过图像处理获得其夹角ω，同时标定此时的所述姿态角φ，经过多次标定获得其一一对应关系。可选地，所述处理器为通用DSP图像处理平台。本专利技术实施例的第二方面提供了一种距离和姿态角的测量方法，应用于上述第一方面所述的任一项测量装置，包括：测量装置通电后，投射激光器向目标板投射激光光束；所述目标板在被所述激光光束照射后，形成目标点测量点；光学镜头将所述目标点测量点成像到图像传感器上，以使所述图像传感器对所述目标点测量点的图像进行探测，并将探测数据发送到处理器；所述处理器在接收到所述探测数据后，根据所述图像传感器、投射激光器以及所述目标点测量点之间的三角关系计算所述被测物体到所述测量设备的距离，通过角度标定计算所述被测物体的姿态角。可选地，所述投射激光器发出的激光光束为十字激光光束，相应地，所述目标板在被所述激光光束照射后形成十字线，所述十字线的交叉点为所述目标测量点。可选地，所述投射激光器为红色半导体激光器。可选地，所述根据所述图像传感器、投射激光器以及所述目标点测量点之间的三角关系计算所述被测物体到所述测量设备的距离，包括：获取所述图像传感器和所述投射激光器之间的直线距离AC；根据所述目标测量点与所述所述图像传感器和所述投射激光器之间的位置关系绘制三角形ABC，其中A为所述图像传感器所在位置，B为所述目标测量点所在位置，C为所述投射激光器所在位置；获取AC与BC之间的夹角α，CA与AB之间夹角β以及AB与BC之间夹角θ；通过公式计算所述被测物体到所述测量设备的距离BD。可选地，所述处理器为通用DSP图像处理平台。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果：本申请提供的距离和姿态角测测量装置，在同一套光机电系统中实现距离和姿态角的同时同步测量，使得测量设备结构简单，体积小，可以实现较远距离非接触测量，测量距离最远可10m；采用激光法照射确定目标测量点，可以滤除图像中其它光斑的干扰，实现在日光、灯光下的全天室外测量；另外，采用主动投射激光的方法进行姿态测量，可以避免采用诸如陀螺仪、加速度计等受测量环境影响严重的传感器，使得测量数据具有更高的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方法，下面将实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种距离和姿态角的测量装置的结构示意图；图2为本专利技术提供的测量原理图；图3为本专利技术实施例提供的姿态角测量原理图；图4为本专利技术另一实施例提供的距离和姿态角的测量方法实现流程示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术提供的实施例。然而，本领域技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本专利技术。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。图1是本专利技术实施例提供的一种距离和姿态角的测量装置示意图，该装置包括测量设备1和目标板2；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种距离和姿态角的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括测量设备和目标板；/n所述测量设备包括连接架，设置在所述连接架上的图像传感器、投射激光器以及光学镜头，所述图像传感器和所述投射激光器处于同一水平面内，且相对位置固定；所述目标板为一具有指定反射率和大小的金属平板，固定在被测物体上；/n所述投射激光器用于向所述目标板发出激光光束，所述目标板在被所述激光光束照射后，形成目标点测量点；所述光学镜头将所述目标点测量点成像到所述图像传感器上，所述图像传感器对所述目标点测量点的图像进行探测，并将探测数据发送到处理器；/n所述处理器在接收到所述探测数据后，根据所述图像传感器、投射激光器以及所述目标点测量点之间的三角关系计算所述被测物体到所述测量设备的距离，通过角度标定计算所述被测物体的姿态角。/n

【技术特征摘要】
1.一种距离和姿态角的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括测量设备和目标板；
所述测量设备包括连接架，设置在所述连接架上的图像传感器、投射激光器以及光学镜头，所述图像传感器和所述投射激光器处于同一水平面内，且相对位置固定；所述目标板为一具有指定反射率和大小的金属平板，固定在被测物体上；
所述投射激光器用于向所述目标板发出激光光束，所述目标板在被所述激光光束照射后，形成目标点测量点；所述光学镜头将所述目标点测量点成像到所述图像传感器上，所述图像传感器对所述目标点测量点的图像进行探测，并将探测数据发送到处理器；
所述处理器在接收到所述探测数据后，根据所述图像传感器、投射激光器以及所述目标点测量点之间的三角关系计算所述被测物体到所述测量设备的距离，通过角度标定计算所述被测物体的姿态角。


2.根据权利要求1所述的距离和姿态角的测量装置，其特征在于，所述投射激光器发出的激光光束为十字激光光束，相应地，所述目标板在被所述激光光束照射后形成十字线，所述十字线的交叉点为所述目标测量点。


3.根据权利要求1或2所述的距离和姿态角的测量装置，其特征在于，所述投射激光器为红色半导体激光器。


4.根据权利要求3所述的距离和姿态角的测量装置，其特征在于，所述根据所述图像传感器、投射激光器以及所述目标点测量点之间的三角关系计算所述被测物体到所述测量设备的距离，包括：
获取所述图像传感器和所述投射激光器之间的直线距离AC；
根据所述目标测量点与所述图像传感器和所述投射激光器之间的位置关系绘制三角形ABC，其中A为所述图像传感器所在位置，B为所述目标测量点所在位置，C为所述投射激光器所在位置；
获取AC与BC之间的夹角α，CA与AB之间夹角β以及AB与BC之间夹角θ；
通过公式计算所述被测物体到所述测量设备的距离BD。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍锦，李建荣，沈铖武，刘畅，王志乾，韩岩，马文家，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22