一种用于提高激光测距精度的多点投影装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于提高激光测距精度的多点投影装置及其测量方法，属于激光测距技术领域；其包括先通过激光发射单元依次发出最少三束激光光束，激光通过光学扫描单元依次以不同角度照射至被测物体表面，经被测物体表面反射后通过光学接收单元被激光接收单元接收；数据处理单元根据所接收的数据得出每一束激光光束的测距数值，结合每束光束的射出角度计算得出每个测量点的空间坐标数据；将得出的空间坐标数据构造埃尔米特矩阵得出最小特征值和特征向量，根据最小特征值和特征向量得出平面方程的系数；将得出的平面方程系数代入点到平面的投影距离公式得到激光测距装置到被测物体之间的实际距离；最大限度地消除了外部误差，提高了测距精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高激光测距精度的多点投影装置及其测量方法
本专利技术属于激光测距
，具体涉及一种用于提高激光测距精度的多点投影装置及其测量方法。
技术介绍
激光测距装置是现有技术中常用的测量仪器，其原理是在工作的过程中向目标发射一束很细的激光，根据光电元器件接收到的回波信号来计算收发时间，从而计算出从激光测距装置到目标的距离；目前常见的激光测距装置采用脉冲法或相位法进行距离测量，不论采用何种测量方式，其测距结果本身具有非常高的精度，市面上常见的激光测距装置的测距精度是1mm；这个过程是测量点到点的距离，常见的手持式激光测距装置的测距原理可以保证1mm级别的测距精度。现有技术中的激光测距装置主要有手持测距仪和激光投影仪；手持测距仪在实际的工作环境下测量的是从手持测距仪到墙面的垂直距离，但因测距过程中无法保证手持测距仪发射出的激光光束完全垂直于墙面，从而导致实际的激光束相对于墙面是一条斜线而不是垂线，造成测量结果不准确的情况；而激光投影仪在工作的时候,由于被投射的墙面与激光投影仪的位置关系不确定，会出现激光投影仪的投射画面产生畸变的情形，因此需要对投射画面进行畸变校正和重新对焦，而畸变矫正和重新对焦都是以激光投影仪所测量的墙面数据作为基准的，因此如何提高激光投影仪的测量基准极为重要。无论激光测距装置为何种具体结构，其真正要测量的距离是垂直于被测墙面的直线距离，如图1所示，激光测距装置真正要测量的距离是垂直于墙面的SO1，其长度为R，但由于不可避免的角度误差，激光测距装置实际测量的长度是SO2，长度为L，通常激光测距装置的测量角度θ大约为5-8度，所以SO1和SO2之间的长度差ΔR＝L-R≈L×sinθ，假设激光测距尺的测量范围是10m—60m，可以估计长度差ΔR为20mm到100mm量级；也就是说激光测距装置的测距精度虽然可以达到1mm量级，但是实际的测距准确度只有20mm到100mm。所以尽管激光测距装置的测距精度很高，但在实际使用过程中却很难得到垂直于被测墙面的投影距离，从而导致激光测距装置的实际测距精度不高的问题。
技术实现思路
现有技术中的激光测距装置在使用过程中会出现角度偏移导致测量结果不准确的情况；本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种多点投影装置及其测量方法，其通过激光测距装置发射出至少三条激光，并由光学扫描单元将其折射为不同角度的激光来确定待测平面，通过几何投影的方式计算出激光测距装置距离待测平面的垂直投影距离和对焦焦距距离，最大限度地消除了外部误差，提高了测距装置的测量精度，并为激光投影仪提供了待投影面的平面方程，使得激光投影仪可以进行自动对焦及畸变校正。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种用于提高激光测距精度的多点投影装置，包括激光测距装置，所述激光测距装置内部设有数据处理单元、信号控制单元、激光发射单元、激光接收单元、光学扫描单元和光学接收单元，所述激光发射单元、激光接收单元、光学扫描单元分别电连接信号控制单元，所述信号控制单元、激光接收单元分别电连接数据处理单元，所述光学扫描单元设置在激光发射单元的输出端，光学接收单元设置在激光接收单元的输入端，所述光学扫描单元包括准直透镜组、光束多点调制模组和模组控制器，所述准直透镜组设置在激光发射单元的输出端，将激光发射单元发射出的激光光束转换为平行光束，所述光束多点调制模组设置在准直透镜组的输出端，将上述平行光束转化为一定角度的光束，所述模组控制器分别电连接信号控制单元和光束多点调制模组，用于调整光束多点调制模组射出光束的角度。作为优选方案，所述光束多点调制模组为MEMS振镜，所述模组控制器为振镜电机驱动板。作为优选方案，所述光束多点调制模组包括最少一个棱镜，所述模组控制器为用于测量棱镜偏移角度的码盘和用于驱动棱镜发生角度偏移的驱动器，所述码盘和驱动器分别连接至数据处理单元。作为优选方案，所述光束多点调制模组包括偏振光栅和液晶盒，所述液晶盒级联在偏振光栅的入射面，所述模组控制器为电压调制电路板，所述电压调制电路板电连接液晶盒。一种测量检测激光测距装置到被测物体之间的实际距离的测量方法，依次包含以下步骤：S1、通过激光发射单元依次发出最少三束激光光束，三束所述激光通过光学扫描单元依次以不同角度照射至被测物体表面，经被测物体表面反射后通过光学接收单元被激光接收单元接收；S2、数据处理单元根据激光接收单元所采集的数据分别得出每一束激光光束的测距数值，结合每束光束的射出角度计算得出每个测量点的空间坐标数据；S3、将S2得出的空间坐标数据求平均后得到该空间坐标的平均值数据，并将S2得出的空间坐标数据减去其平均值数据后构造埃尔米特矩阵，得出最小特征值和特征向量，并根据最小特征值和特征向量得出平面方程的系数；S4、将S3得出的平面方程系数代入点到平面的投影距离公式得到激光测距装置到被测物体之间的实际距离。作为优选方案，所述步骤S2中的空间坐标数据包括X轴、Y轴、Z轴的数据；进一步的，步骤S3中先将得到的空间坐标数据构造列向量矩阵A，然后计算得出X、Y、Z方向的平均值，并重新构造除去平均值的列向量矩阵B，根据列向量矩阵B构造埃米尔特矩阵，计算得到埃米尔特矩阵中各子项的数据，并对该数据进行分解得到特征值矩阵和特征向量矩阵，计算后得出平面方程系数。一种用于测量激光测距装置到被测物体之间的焦距距离的测量方法，依次包含以下步骤：S11、通过激光发射单元依次发出最少三束激光光束，三束所述激光通过光学扫描单元依次以不同角度照射至被测物体表面，经被测物体表面反射后通过光学接收单元被激光接收单元接收；S12、数据处理单元根据激光接收单元所采集的数据分别得出每一束激光光束的测距数值，结合每束光束的射出角度计算得出每个测量点的空间坐标数据；S13、将S12得出的空间坐标数据求平均后得到该空间坐标的平均值数据；S14、将S13得出的空间坐标平均值数据求欧式距离得到焦距距离。本专利技术采用上述结构及方法后的有益效果为：通过多束激光来确定平面方程，和通过几何投影的算法，避免了因手持角度错误或者摆放角度错误带来的测量误差，最大限度的消除了外部误差，提高了测距精度，并可为激光投影仪提供待投影面的平面方程，使得激光投影仪可以进行自动对焦及畸变校正。附图说明下面结合附图中的实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但并不构成对本专利技术的任何限制。图1为现有技术中激光测距装置测距时的原理图；图2为本专利技术实施例的整体结构连接示意图；图3为本专利技术实施例中光学扫描单元的连接原理图；图4为本专利技术实施例中偏振光栅对光线的折射原理图；图5为本专利技术实施例中激光照射平面后形成的空间矢量坐标示意图；图6为本专利技术实施例中多点投影装置测距时的原理图；图7为本专利技术实施例中多点投影装置的运算原理图。图中：1-激光测距装置，2-数据处理单元，3-信号控制单元，4-激光发射单元，5-激光接收单元，6-光学扫描单元，7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提高激光测距精度的多点投影装置，包括激光测距装置(1)，所述激光测距装置(1)内部设有数据处理单元(2)、信号控制单元(3)、激光发射单元(4)、激光接收单元(5)、光学扫描单元(6)和光学接收单元(7)，所述激光发射单元(4)、激光接收单元(5)、光学扫描单元(6)分别电连接信号控制单元(3)，所述信号控制单元(3)、激光接收单元(5)分别电连接数据处理单元(2)，所述光学扫描单元(6)设置在激光发射单元(4)的输出端，光学接收单元(7)设置在激光接收单元(5)的输入端，其特征在于：所述光学扫描单元(6)包括准直透镜组(61)、光束多点调制模组(62)和模组控制器(63)，所述准直透镜组(61)设置在激光发射单元(4)的输出端，将激光发射单元(4)散射出的激光光束转换为平行光束，所述光束多点调制模组(62)设置在准直透镜组(61)的输出端，将上述平行光束转化为一定角度的光束，所述模组控制器(63)分别电连接信号控制单元(3)和光束多点调制模组(62)，用于调整光束多点调制模组(62)射出光束的角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于提高激光测距精度的多点投影装置，包括激光测距装置(1)，所述激光测距装置(1)内部设有数据处理单元(2)、信号控制单元(3)、激光发射单元(4)、激光接收单元(5)、光学扫描单元(6)和光学接收单元(7)，所述激光发射单元(4)、激光接收单元(5)、光学扫描单元(6)分别电连接信号控制单元(3)，所述信号控制单元(3)、激光接收单元(5)分别电连接数据处理单元(2)，所述光学扫描单元(6)设置在激光发射单元(4)的输出端，光学接收单元(7)设置在激光接收单元(5)的输入端，其特征在于：所述光学扫描单元(6)包括准直透镜组(61)、光束多点调制模组(62)和模组控制器(63)，所述准直透镜组(61)设置在激光发射单元(4)的输出端，将激光发射单元(4)散射出的激光光束转换为平行光束，所述光束多点调制模组(62)设置在准直透镜组(61)的输出端，将上述平行光束转化为一定角度的光束，所述模组控制器(63)分别电连接信号控制单元(3)和光束多点调制模组(62)，用于调整光束多点调制模组(62)射出光束的角度。


2.根据权利要求1所述的一种用于提高激光测距精度的多点投影装置，其特征在于：所述光束多点调制模组(62)为MEMS振镜，所述模组控制器(63)为振镜电机驱动板。


3.根据权利要求1所述的一种用于提高激光测距精度的多点投影装置，其特征在于：所述光束多点调制模组(62)包括最少一个棱镜，所述模组控制器(63)为用于测量棱镜偏移角度的码盘和用于驱动棱镜发生角度偏移的驱动器，所述码盘和驱动器分别连接至数据处理单元(2)。


4.根据权利要求1所述的一种用于提高激光测距精度的多点投影装置，其特征在于：所述光束多点调制模组(62)包括偏振光栅(621)和液晶盒(622)，所述液晶盒(622)级联在偏振光栅(621)的入射面，所述模组控制器(63)为电压调制电路板，所述电压调制电路板电连接液晶盒(622)。


5.一种测量检测激光测距装置到被测物体之间的实际距离的测量方法，其特征在于：依次包含以下步骤：
S1、通过激...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘夏，罗斯特，刘冬山，侯俊科，蒋科强，
申请(专利权)人：深圳市慧视智图科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44