[发明专利]一种倍频差分激光三角测距装置及方法

权利要求书

1.一种倍频差分激光三角测距装置，其特征在于，包括半导体激光器(1)、温度探头(2)、导热块(16)、半导体制冷片(3)、隔热层(4)、散热片盒体(5)、第一聚焦透镜组(6)、被测物体表面(7)、电源(8)、控温模块(9)、信号发生器(10)、倍频器(11)、线阵相机(12)、信号处理装置(13)、第二聚焦透镜组(14)、反射镜(15)；

所述半导体激光器(1)的外表面上设置有温度探头(2)，所述半导体激光器(1)和温度探头(2)包裹在导热块(16)中，所述导热块(16)的外表面设置有半导体制冷片(3)，所述导热块(16)设置在散热片盒体(5)中，在所述散热片盒体(5)内填充有隔热层(4)，使导热块(16)与散热片盒体(5)避免接触，且半导体制冷片(3)与散热片盒体(5)的内壁紧密贴合，所述温度探头(2)的输出端与控温模块(9)的输入端连接，所述控温模块(9)的输出端与半导体制冷片(3)连接，所述电源(8)与半导体激光器(1)的电源接口连接；

所述半导体激光器(1)的出射光依次经过第一聚焦透镜组(6)、待测物体表面、反射镜(15)、第二聚焦透镜组(14)、线阵相机(12)，所述信号发生器(10)的输出端分为两路，一路与半导体激光器(1)的信号输入端连接，另一路与倍频器(11)的信号输入端连接，所述倍频器(11)的信号输出端与线阵相机(12)的触发端连接，所述线阵相机(12)的输出端与信号处理装置(13)连接。

2.一种利用权利要求1所述装置的倍频差分激光三角测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，装置搭建：搭建权利要求1所述的倍频差分激光三角测距装置，调整装置参数，确保在预设测量范围内均成清晰像；

步骤2，图像差分：对线阵相机(12)所采集的图像做差分预处理，设线阵相机(12)连续采集到的图像分别为a₁、a₂、a₃、a₄…a_m，差分图像求取以下绝对值b₁＝|a₁-a₂|、b₂＝|a₃-a₄|…，这里b₁、b₂…b_i即为经过图像差分预处理后的光斑图像；

步骤3，光斑位置计算：对图像差分预处理后的光斑图像先进行滤波处理，再求得光斑中心所在像素点位置x_i；

步骤4，定标建模：利用倍频差分激光三角测距装置，以步长Δh采集多组绝对距离h_i和像素点位置x_i，依据以下几何三角关系式进行拟合回归，由此建立距离h的定标模型；

式中，d₀是被测物体表面(7)到反射镜(15)中心的距离，d₁是反射镜(15)中心到第二聚焦透镜组(14)中心的距离，d₂是第二聚焦透镜组(14)组中心到线阵相机(12)的距离，l为线阵相机(12)感光单元的总长度，n为线阵相机(12)感光单元的个数，θ为出射光轴与接收光轴的夹角，β是线阵相机(12)与接收光轴的较小夹角，a、b为回归系数；

步骤5，测距：将实时测得的像素点位置x值代入以上定标模型，即可得出被测物体表面(7)的实时绝对距离h。

3.根据权利要求2所述的一种倍频差分激光三角测距方法，其特征在于，所述步骤3中光斑图像先进行滤波处理运用形态学滤波方法或高斯滤波方法，所述求得光斑中心所在像素点位置x_i运用质心法、拟合法或插值法。