[发明专利]光斑中心实时检测系统和检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术应用，具体涉及一种新型光斑中心检测方法和应用该方法的光斑中心实时检测系统。

背景技术

激光是一种定向精度高、发散度极小的光，可以用来实现测距和准直。一些高性能、高可靠、大功率的激光技术首先应用于军事装备上。随着激光技术的发展，小功率脉冲激光器在民用行业上也广泛应用。尤其是在测距、非接触测量和卫星遥感等领域均应用了激光技术。

在光束的散角测量、被测物体的微小旋转角度、物体运动的非接触测量等应用中均需要确定一束激光的光斑大小或者光斑的中心，通过一种检测算法得到光束的散角、物体的转角、物体运动速度等信息。在获得光斑信息时，最直接的解决方法是采用面阵或者线阵光感元器件(如光电二极管、三极管等)实现对光斑中心的的检测。采用面阵光感元器件可以提高光斑中心的检测精度，但是受到元器件的安装尺寸以及靶板的面积影响。一般来说面阵检测方式将会使用大量的光感元器件，如此多的光感元器件应用不但增加了系统成本，而且给器件安装、电源布线以及数据处理等方面带来诸多困难。此外，单一光感元件的可靠性将极大影响检测系统的可靠性，给系统维护带来不便。线阵光感元器件的检测虽然可以降低传感器数量、数据处理量等，但是会极大的降低光斑中心检测精度，尤其是在大面积光斑检测中必须采用扫描方式，这样会额外增加系统的处理时间。

发明内容

鉴于上述技术存在的问题，本发明专利的目的是提供一种低成本、高可靠的光斑检测方法和光斑中心实时检测系统。该系统实现了光斑信息数字化，采用嵌入式实时系统进行光斑检测方法实时解算用以确定光斑中心信息，通过用户指定的输出形式给出实时检测结果。

本发明的技术方案如下：

一种光斑中心实时检测系统，由光靶、光学透镜组、高速CCD模块、时序控制与驱动模块、网络传输模块、实时数据处理模块、光斑信息输出模块、电源管理模块以及光靶支撑机构组成，其特征在于：所述的光靶由机械支撑和玻璃靶面组成，玻璃靶面镶嵌在机械支撑上，所述的玻璃靶面上具有镀膜，玻璃靶面的镀膜选择某个或某几个波段的光通过，吸收其他波段的光，使符合要求的光进入光斑实时检测系统；镀膜根据光学传输的要求和应用环境的不同，具有通过以650nm、1064nm、1300nm等不同波长为中心的镀膜。

所述的光学透镜组和高速CCD模块依次设置在所述光靶的前方光路上，所述的高速CCD模块为点阵CCD图像传感器，实现对进入的光波进行积分和量化，输出数字化图像；所述的光学透镜组由不同的凸透镜和凹透镜镜片组合而成，用于对光学通路的调整，将所述光靶汇聚成的具有适当缩放系数的像投射到点阵CCD图像传感器上。根据成像要求的不同，通过选择不同焦距的透镜，以便在CCD上获得清晰的图像。

所述的高速CCD模块信号输出端依次通过所述的网络传输模块和实时数据处理模块与所述的光斑信息输出模块连接，其中所述的网络传输模块将所述高速CCD模块采集的数字信号压缩后经网络传输至所述的实时数据处理模块；所述的实时数据处理模块由嵌入式实时系统实现，将接收的网络传来的图像数据按照光斑中心检测方法解算出当前时刻的光斑中心位置；嵌入式系统的硬件由嵌入式控制器及其外围驱动电路实现，嵌入式系统运行订制的实时系统以满足实时数据处理程序的应用要求，实现对数据的实时处理；

所述的时序控制与驱动模块实现定时计数功能，对所述的高速CCD模块输入时钟驱动信号，并将所述的高速CCD模块采集的图像数据经数据总线传输至所述的网络传输模块；

所述的光斑信息输出模块将光斑信息通过VGA接口输出到系统监视器，或者根据设置通过串口RS232或者网络接口输出到监控计算机；

所述的电源管理模块为光斑中心实时检测系统提供电源供电方式管理，实现蓄电池供电、电池供电或者220V交流供电等方式。

一种光斑中心检测方法，其具体包括以下步骤：

假设激光发射点中心为E，激光发射点距光电检测面的距离为l，分度点的直径为d，激光发射器的三角大小为α，圆O是激光垂直于检测面形成的光斑，则光斑的直径为D：

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