[发明专利]利用光信号的距离测定方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种距离测定方法及其装置，特别是一种利用光信号的距离测定方法及其装置。

背景技术

激光雷达（LIDAR:light detection and ranging）传感器是将激光照射至目标物以感应到物体的距离、方向、速度、温度、物质分布及浓度特性等的传感器。

激光雷达传感器利用激光可生成高能量密度和短周期脉冲或矩形波信号的的特点，常用于更加精密地观测空气的物性、测定距离等。

激光传感器技术首现于1930年代，主要用于通过探照灯光线的散射强度分析空中空气密度。但是激光传感器技术正式进入开发阶段则是在1960年代发明出激光之后。1970年代后，随着激光光源技术的不断发展，开发出了适用于各种领域的激光传感器技术。

利用激光雷达的传感器安装于飞机、卫星等，作为重要的观测技术，用于精密空气分析及地球环境观测。另外，激光传感器还可以安装于宇宙飞船及勘测机器人，用于弥补照相机功能，测定到一个物体的距离等。

在地面上，激光雷达传感器技术普遍应用于远距离测定、车速违章查处等。近几年作为用于3D反向工程（3D reverse engineering）及无人汽车的激光扫描仪（laser scanner）及3D照相机的核心技术，其使用性和重要性日渐显现。

现有激光雷达技术的研究目的主要是气象观测及距离测定。而近年，开始研究卫星气象观测、无人机器人传感器及影像3D建模技术。

激光雷达传感器系统的结构根据应用领域不同而有所不同，有时其结构十分复杂。主要由激光传送部、激光检测部、信号接收及处理部及数据传送部构成。

激光雷达传感器根据激光信号的调制方法可分为飞行时间（time-of-flight, TOF）方式和相移（phase-shift）方式。

飞行时间方式，通过测量激光发射的脉冲或矩形波信号从在测定范围内的物体反射并到达接收器的时间，测定被测物体和测定装置之间的距离。

相移方式，通过发射具有特定频率并可连续调制的激光束，测量从在测定范围内的物体反射回的信号位相变化量，以此计算时间及距离。

现有的相移方式，通过在一个信号的一个周期波长内开闭多次快门来获得每个位相的信号，以此计算输送信号和接收信号之间位相差。

此时，为了确保快门能在一个周期波长内多次开闭，需要高速的快门，导致照相机的价格上升，并且，进行高速拍摄时常常无法在信号所需位相上进行拍摄。

发明内容

本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种在具有低速快门的照相装置也能优化输出光信号和接收光信号之间的位相差而测定距离的方法。

本发明的另一目的是提供一种在具有低速快门的照相装置也能优化输出光信号和接收光信号之间的位相差而测定距离的装置。

为了达到上述目的本发明采用的技术方案如下：

本发明利用光信号的距离测定方法，它利用光信号的位相差测定距离，包括通过快门动作以不同位相为基准接收测定对象反射的具有相同频率及相同振幅的至少两个信号的阶段；基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段；基于所述位相差计算测定对象和距离测定装置之间距离的阶段。

通过快门动作以不同位相为基准接收测定对象反射的至少两个信号的阶段包括：通过第一快门动作以第一位相为基准接收所述测定对象反射的第一信号的阶段；通过第二快门动作以第二位相为基准接收所述测定对象反射的第二信号的阶段；通过第三快门动作以第三位相为基准接收所述测定对象反射的第三信号的阶段；通过第四快门动作以第四位相为基准接收所述测定对象反射的第四信号的阶段。

基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段包括：计算在所述第一位相接收的所述第一信号振幅信息的阶段；计算在所述第二位相接收的所述第二信号振幅信息的阶段；计算在所述第三位相接收的所述第三信号振幅信息的阶段；计算在所述第四位相接收的所述第四信号振幅信息的阶段；及基于所述第一信号振幅信息、第二信号振幅信息、第三信号振幅信息、第四信号振幅信息，计算所述输出信号和接收信号位相差的阶段。

所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号为依次接收的正弦波、脉冲或矩形波信号，所述第一位相为0度，所述第二位相为90度，所述第三位相为180度，所述第四位相为270度。