基于图像传感器的激光测距方法研究

摘要 ： 针对 传统接 触 式测距 方 法的局 限性 ， 介 绍
前 在激 光测距 领域 ， 我 国和 发 达 国家 的技 术差 距 还
了一种根 据光 学三 角法利 用 图像 传 感器近 距 离测距
的 方 法 。 通 过 半 导 体 激 光 器 发 出的 光 经 过 物 体 反 射
比较大 。因此 ， 研 制开发 能耗低 ， 精 度高 的小 型激光 测距 仪是 亟待 解决 的 问题 。
图 １ 激 光 三 角 测距 系统
敏面上 的 ａ点 ， Ａ 点反射到 Ｃ ＭＯＳ光 敏 上 的 ａ 点。
ｔ ｏ ｒ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｅ ｍｉ ｔ ｓ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｏ ｂ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄｉ — ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｒ ａ ｎｇ ｅ ｆ ｉ ｎｄ ｉ ｎｇ ｍ ｅ ｔ ｈｏ ｄ， ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｒ ｉ ａ ｎ ｇｌ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｕｓ ｉ ｎｇ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ ｆ ｏ ｒ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ． Ｔｈｅ ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏｎ ｄｕ ｃ —
ｆ ａ ｃ ｅ， ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｐ ｏ ｔ ｉ ｍａ ｇｅ ｔ ｈｒ ｏｕ ｇ ｈ ｔ ｈｅ ｉ ｎ— ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ Ｏ ｔ ｈｅ ｈｏ ｓ ｔ ， ｕ ｓ ｉ ｎｇ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ， ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ．Ｔｈｒ ｏ ｕｇ ｈ ｔ ｈｅ ｆ ｌ ｉ ｇｈ ｔ ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ， ｔ ｏ ｖｅ ｒ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈｅ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
ＸＺ ＋ｌ ｆ Ｌ
ｌ ｆ— ｘ Ｌ
其中， ｙ为 被测距 离 ； ｆ为成像 系 统焦 距 ； ｚ 为 激
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ａ ｓ ｙ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ，ｈ ａ ｓ ａ
成像 在 Ｃ ＭＯＳ图像 传 感 器的光敏 面上 ， 接 受到 的激
光 光 斑 图像 通 过 接 口传 到 主 机 ， 利 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ进 行 分
测 距 原 理 及 系统 构 成
如图 １ 所示 ， 激光照 在 Ａ 点 ， 反 射到 Ｃ ＭＯＳ光
析 处理计 算 ， 得 到 被 测 距 离。通过 搭 载模 拟 实验 平
当所测 距离 ｙ不 同时 ， 反 映在 光 敏器 件 上 的光 点像 位置 Ｘ 也 随之不 同。根据 图 １所示 三 角关 系 公式 ，
可得 两者 之 间的关 系为 ：
ｖ —
ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ｉ ｎ ａ ＣＭＯＳ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｕ ｒ —
ｓ ｕ Ｙｕ— ｗｅ ｉ 。 ＳＵＮ Ｚｈａ ｏ。 ＣＨＥＮ Ｙｕ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ３ ２ 。 Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
台， 验证 了该 方法 的 可行 性 ， 并且 简单 易于 实现 ， 有
较 高 的 实 用价 值 。
关键 词 ： 光 学三 角法 ； 测距 ； 激光 光斑 图像 中图分类 号 ： ＴＭ９ ３ ８ ． ７ ２ ； Ｔ Ｐ ３
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ １ —２ ２ ５ ７ （
基于 图像传感器的激光测距方法研究
苏 煜伟 ， 孙 钊， 陈 羽 （ 西安 工业 大学 电子信 息工程 学 院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ３ ２ ）
Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｉ ｍａ ｇｅ Ｓｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｎｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｒａ ｎ ｇｉ ｎｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
光发 射 口到成像 系统 中心 对应 的距 离 ， 即基 线长 度 ；
Ｌ为某一 已知 距 离 ， 通 常取 光 敏 面 接 收器 中心 对 应
的距 离 ， 即基 准 距 离 ； Ｘ 为该 被 测 距 离 在 光 敏 接 收
器 上与 已知距 离在 光 敏 面接 受 上 像 点 的距 离 ， 有 正
ｈｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｕｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｏ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｒ ｉ ａ ｎｇ ｌ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏｄ；ｄｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ； ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｐ ｏ ｔ ｉ ｍａ ｇｅ