广东工业大学机电工程学院，广东 广州 510006
针对机械手中用于标定以及空间定位的激光测距装置测距精度不足、容易受工作环境等因素的影响，进而导致测量不准确，影响机械手空间标定以及定位的缺点，提出了一种基于全相位傅里叶变换（apFFT）的相位式激光测距系统。该系统采用apFFT算法来进行鉴相，进而得出实时测量的距离。相比于传统的基于傅里叶变换的相位式激光测距方法，该方法能够有效抑制实际应用中由于多种因素导致的频谱泄露现象。实验结果表明，该系统具有良好的稳定性和抑制频谱泄露能力，同时该系统的平均定位精度可以达到1 mm，满足实际工业生产制造的需求。
仪器，测量与计量 相位式激光测距仪 频谱泄露 全相位傅里叶变换 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0512004
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
相比于传统的强度调制的相位式激光测距技术,基于载波相位调制的相位式激光测距技术在之前的研究中展现出了很大的优势,如调制和解调比较简单、能同时实现高精度的测距和测速等。为了使该测距系统能在外场条件下工作,对系统进行了一些改进,包括采用收发分离的光学系统、采取外差探测的方式,提出了可行的提高灵敏度的算法。外场实验中,改进系统实现了对75.5 m处的目标的测量,测距和测速的精度分别为0.93 m和5.48×10 -4 m/s,对应的测相精度为0.22°。在正对太阳的情况下,系统测量精度也几乎不受影响。
测量 激光测距仪 相位式测距仪 相位调制 外差探测 测距测速 中国激光
2021, 48(24): 2404001
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高科考人员探测未知环境时的安全系数,实现无接触测量,同时解决二维平面成像无法获取物体距离信息和尺寸信息的问题,设计并实现了一套基于单点脉冲激光测距仪的三维扫描成像系统。首先,利用方差过滤和高斯拟合提高单点激光测距的精度。其次,修正云台角度偏差后通过云台的转动有序扫描并获取物体表面的点云数据。最后,利用具有噪声的基于密度的聚类算法对获取的点云噪声进行滤波,得到轮廓分明、角度清晰、距离准确的三维点云图像。在室内对普通纸盒的成像实验结果表明,该系统测量距离、物体面积以及角度拟合的误差均小于5%;在室外对200 m内的大型建筑进行成像,结果表明,该系统能有效探测未知环境和感知障碍物。
激光技术 激光测距仪 三维点云成像 点云过滤 云台 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0628002
1 航天东方红卫星有限公司，北京 100094
2 北京航天测控技术有限公司，北京 100041
激光测距仪与视觉图像的融合研究在最近的工业机器人等应用领域中受到越来越多的关注，其中对这两种仪器的位姿标定有利于对二者信息的有效融合。以单点激光测距仪和相机的位姿融合为主要研究内容，提出两种确定两者相对位置和方向的标定方法，在建立光斑相机坐标的基础上分别以可见光斑和不可见光斑为研究内容，分别通过光斑的坐标和平面约束对两种情况建立标定方程，并结合实验验证两种标定方法的有效性和可靠性，实验结果表明：在有限次测量次数的情况下标定结果能够使重投影误差达到3个像素以内，而且运算时间大大减小。
单点 激光测距仪 标定 高可靠性 single-point laser range finder calibration high reliability 红外与激光工程
2020, 49(4): 0413002
为了抑制激光测距仪采集3维距离图像的噪声与畸变, 提出了一种各向异性自适应平滑去噪方法。该方法集成了随机信号处理和尺度空间表述技术, 根据邻域点构建特征估计模型, 对距离图像中局部区域内测量点间的流形拓扑关系进行预测, 并利用无嗅采样技术计算原始图像和估计模型间的马氏距离作为相似性测度构建卷积滤波核, 实现三维距离图像各向异性扩散平滑去噪。通过该方法能够有效抑制原始图像发生的变形或偏移, 在抑制噪声的同时突出主要特征。试验结果表明: 在噪声方差为4.0×10-4 m2时, 经自适应平滑处理后的图像的峰值信噪比增益达16.41 dB, 均方误差减小66.16%。本文方法能够有效提高三维距离图像的质量, 为基于激光测距仪的三维环境感知与测量建模提供技术支撑。
三维距离图像 自适应滤波 各向异性扩散 无嗅采样 激光测距仪 three-dimensional range image adaptive smoothing anisotropic diffusion unscented sampling laser rangefinder 光学 精密工程
2019, 27(12): 2693
上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200444
为了快速实现花瓶等具有回转体性质文物的三维数字化,提出了一种非接触式测量方法,并研制了一套文物数字化三维重建系统,克服了文物三维重建时内腔信息缺失以及纹理畸变的问题。对于内腔,通过光学镜片改变激光测距仪光束的方向,结合转台和导轨的运动来获取文物内腔的点云数据;外形点云由线激光扫描仪结合转台运动来获取;为减小文物纹理的畸变,通过相机搭配远心镜头来获取文物不同转动角度位置的纹理图像,然后把所有角度位置提取的像素依次拼接在一起,形成完整的外形纹理展开图。最后介绍了对系统测量误差进行标定与补偿的方法。实验结果表明:此系统可实现对花瓶类文物的三维数字化,重建精度在0.5 mm以内。可满足在博物馆现场对文物进行快速安全三维数字化的需求。
机器视觉 三维传感 线结构光测量 激光测距仪 内腔重建 文物数字化 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 191504
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
为获取远程、高速目标的距离信息,研制了一种基于合作目标的高重频人眼安全激光测距仪,该测距仪采用重频达80 Hz的1 550 nm激光器作为激光光源。经外场试验验证,在能见度10 km的情况下,对合作目标(角反射器),人眼安全激光测距仪的作用距离为20 km,同时,测距仪重频达30 Hz,测距精度2 m(RMS)。该测距仪满足了系统的技术要求。
激光测距仪 合作目标 高重频 人眼安全 作用距离 laser rangefinder laser cooperative target high repetition frequency eye-safe operating range
提出一种基于正交调制的激光测距系统, 该方案与传统的二次混频方法相比, 提高了相位测量精度并简化了系统的硬件设计, 针对距离测量过程中的距离模糊问题, 提出了一种基于超定方程组的距离解模糊算法, 避免了对最优解的搜索, 最后使用2台K60激光测距仪和3台基于本方案的测距仪在精度为018 mm的国家标准基线上进行对比试验, 结果显示, 测距时间少于18 s, 平均测量误差在2 mm以内, 在60 m的量程内测距标准差在1 mm以内, 验证了该方案相比较传统的方法具有更高的测量精度和速度。
手持式激光测距仪 正交调制 相位测量 光学系统设计 相位解模糊 Portable laser rangefinder Quadrature modem Phase measurement Optical system design Range ambiguity resolution
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
双飞秒激光绝对距离测量系统具有测量精度高、更新速率快的优点, 然而测量过程中的高斯白噪声会造成测距精度的降低。提出了一种基于卡尔曼滤波技术的提高双飞秒激光绝对距离测量精度的方法, 即通过建立卡尔曼滤波状态空间模型得到测量结果的最优状态估计, 大幅度降低随机过程引入的测量精度损失, 同时可以得到速度信息估计值。实验结果表明, 目标静止时卡尔曼滤波技术可将测量标准差降低近一个数量级; 目标匀速运动时, 稳定状态下三维状态空间模型估计的速度标准差约4 μm/s。
遥感 飞秒激光 激光测距仪 卡尔曼滤波 测速
针对激光测距仪星载应用环境的特殊性, 研究了星载激光测距仪APD最佳增益控制技术。通过引入星载激光测距仪APD电流信噪比模型, 分析了影响星载激光测距仪APD信噪比的关键因素。针对某星载激光测距仪的具体应用, 展开了APD最佳增益控制技术研究, 设计了温度增益反馈控制电路, 并推导建立了温度增益数字反馈控制算法, 实验验证了控制电路及算法的正确性和良好的温度适应性。实验结果表明, 该控制电路和算法能够使得APD在-25~60 ℃温度范围下保持恒定增益, 适用于星载激光测距仪APD最佳增益控制。
星载激光测距仪 温度补偿 增益控制 space borne laser range finder APD avalanche photodiode (APD) temperature compensation gain control 红外与激光工程
2016, 45(5): 0520001
