激光三角测距法

光电子课程设计_基于三角测量法的激光测距光电子课程设计：基于三角测量法的激光测距摘要：本文先对激光测距的种类及原理进行介绍，其次分析不同种类的优缺点。

确定制作测距仪器的制作方向。

分析测量当中不同元器件存在的问题，寻找有效的解决方案，重点研究摄像头成像时存在误差的形成原因。

根据研究得到的数据，对PC客户端的程序设计进行调整。

利用程序尽可能减少由于硬件产生的误差。

重点是设计出能确定光点的定位算法，通过对摄像头的定标、激光定位，达到实验数据与实际测量误差在10%以内。

最后，提出对作品进行优化和系统功能提升计划关键词：短距离、低成本、三角测量法ABSTRACT: In this paper, the principle of laser ranging species and introduced first, followed by analysis of the advantages and disadvantages of different types. Production rangefinder to determine the direction of the production. Analytical measurements among different components of the problems, to find effective solutions to the causes errors in the presence of the camera focused on imaging. According to data obtained from studies on the client PC programming adjustments. The use of procedures to minimize errors due to hardware-generated. Focuses the light spot can be determined to design the location algorithm, through the camera calibration, laser positioning, to the experimental data and the actual measurement error is within 10%. Finally, the work in optimizing system functionality and Enhancement ProgrammeKEY WORDS: Short distance、Low cost 、Triangle measurement目录1、前言1.1激光测距1.2激光测距仪1.3三角测量法激光测距简介1.4设计目标2、测距方案2.1几种常用的测距方法2.1.1手持激光测距仪2.1.2望远镜式激光测距仪2.2测距方案选定2.3三角测量法3、硬件模块设计3.1激光发射模块设计3.2信号接收模块设计3.2.1摄像头定标3.3激光出射角4、PC程序设计4.1摄像头调用4.2光点定位5、结论前言1.1激光测距激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距激光测距技术是一种集合了光学、计算机科学、机械设计等的高新技术。

三角法激光雷达测距原理
三角法激光雷达是一种基于光学测量原理的仪器，主要用于测量远距离、高精度的距离和速度。

三角法激光雷达测距原理基于光学三角法，利用激光束在空气中传播
时的光程差测量物体距离。

激光束从雷达发射器出射，射到目标物体
后反射回来，雷达接收器接收到反射回来的激光信号。

根据激光信号
的时间差和速度，通过计算反射光程差，即可精确测量目标物体的距离。

激光雷达通常采用波长在850 nm到1550 nm之间的激光，具有较好的直线传输和小的散焦率，可用于长距离测量和高精度测量。

同时，
三角法激光雷达还可以通过接收器接收多束激光信号，利用多普勒效
应测量目标物体的速度。

三角法激光雷达在工业、军事、环境监测等领域有着广泛的应用。

在
工业领域，它可以用于测量复杂构型或难以触及的物体的精准距离和
形状，可用于制造、质量控制、机器人自主导航等方面；在军事领域，激光雷达可用于侦察、监视、导航等方面；在环境监测方面，它可以
用于测量山区、林区等地形复杂的地区的气象、地质和生态信息等。

总的来说，三角法激光雷达测距原理是一种非常精准和实用的测量技术，它已经被广泛应用于各个领域，并对人们的生产和生活带来了很大的便利。

《激光三角法测距原理研究》摘要：文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）22-0242-03，对于激光三角法测距的原理的研究可以为激光三角法的实际测量提供良好的指导作用，本文在研究激光三角法测距的原理的过程中对激光三角法测距的已有光路与重要器件进行分析，找出各方案的特点吴博文冯国强摘要：激光三角法测距是一种以激光为光源的非接触式测量方法，其测量速度快、精度高，已被广泛的应用于工业生产检测领域。

本文首先介绍了激光三角法测距的基本原理;然后对不同的测量方案例如直射式和斜射式单点激光三角法测距进行系统的分析和比较;其次对各个测量方案的优缺点、各方案中采用的光电仪器的作用与优劣，以及影响激光三角法测量结果的因素与其解决方法进行了归纳和分析。

Abstract： Laser triangulation is a non - contact measuring method with laser as the light source. It has been widely used in the field of industrial production inspection. This paper first introduces the basic principle of laser triangulation method， and then analyzes and compares the different measurement schemes such as direct beam and oblique beam single point laser triangulation method. Secondly， the advantages and disadvantages of each measurement scheme， the functions and advantages and disadvantages of the photoelectric instruments used in each scheme，as well as the factors affecting the measurement results of laser triangulation method and their solutions are summarized and analyzed. Finally， an improved laser triangulation measurement scheme is designed and its feasibility and influencing factors are discussed. The development trend and prospect of laser triangulation are deduced.关键词：激光三角法;测距;直射式;斜射式Key words： laser triangulation;distance;direct type;oblique type中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）22-0242-030 引言随着工业的发展，与科学技术的进步，在一些领域对测量方面的要求越来越高越来越严格。

基于PSD的激光三角测距法原理、系统和精度分析激光三角测距法原理、系统和精度分析1.三角测距方式三角测距是一种测量距离的方法，通过测量三角形的三个角度或三个边长来确定目标物体与测量仪之间的距离。

激光三角测距法就是利用激光束发射器向目标物体发射激光束，然后通过接收器接收反射回来的激光束，最后利用三角形计算目标物体与测量仪之间的距离。

2.激光三角法原理分析激光三角测距法是利用激光束在空间中直线传播的特性，通过测量激光束的发射方向和反射方向之间的角度差，来计算目标物体与测量仪之间的距离。

在实际应用中，通常采用相位测量法来测量激光束的相位差，进而计算出角度差，从而得到目标物体与测量仪之间的距离。

3.激光三角法距离计算激光三角测距法的距离计算涉及到角度测量和相位测量两个方面。

角度测量是通过测量激光束的发射方向和反射方向之间的角度差来实现的，而相位测量则是通过测量激光束的相位差来计算角度差。

最终，通过三角形计算公式，可以得到目标物体与测量仪之间的距离。

4.激光三角法精度分析激光三角测距法的精度受到多种因素的影响，包括系统探测能力、像点弥散斑等。

系统探测能力是指系统对光信号的接收能力，它受到PSD接收光功率、光能质心等因素的影响。

像点弥散斑是指激光束在目标物体表面反射时产生的光斑扩散现象，它会对系统的探测能力产生影响。

5.系统探测能力的影响因素5.1 PSD接收光功率对系统探测能力的影响PSD接收光功率是影响系统探测能力的重要因素之一，它受到激光束功率、反射率等因素的影响。

当PSD接收光功率较小时，系统的探测能力会受到限制，从而影响测量精度。

因此，在实际应用中，需要采用一定的技术手段来提高PSD接收光功率，以提高系统的探测能力。

5.2 光能质心对探测能力的影响光能质心是指激光束在PSD上的位置，它受到激光束发射方向、反射面形状等因素的影响。

当光能质心偏离PSD中心时，会导致系统的探测能力下降，从而影响测量精度。

激光三角法测距原理研究作者：吴博文冯国强来源：《价值工程》2020年第22期摘要：激光三角法测距是一种以激光为光源的非接触式测量方法，其测量速度快、精度高，已被广泛的应用于工业生产检测领域。

本文首先介绍了激光三角法测距的基本原理;然后对不同的测量方案例如直射式和斜射式单点激光三角法测距进行系统的分析和比较;其次对各个测量方案的优缺点、各方案中采用的光电仪器的作用与优劣，以及影响激光三角法测量结果的因素与其解决方法进行了归纳和分析。

Abstract： Laser triangulation is a non - contact measuring method with laser as the light source. It has been widely used in the field of industrial production inspection. This paper first introduces the basic principle of laser triangulation method， and then analyzes and compares the different measurement schemes such as direct beam and oblique beam single point laser triangulation method. Secondly， the advantages and disadvantages of each measurement scheme， the functions and advantages and disadvantages of the photoelectric instruments used in each scheme， as well as the factors affecting the measurement results of laser triangulation method and their solutions are summarized and analyzed. Finally， an improved laser triangulation measurement scheme is designed and its feasibility and influencing factors are discussed. The development trend and prospect of laser triangulation are deduced.关键词：激光三角法;测距;直射式;斜射式Key words： laser triangulation;distance;direct type;oblique type中图分类号：TN249; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1006-4311（2020）22-0242-030; 引言随着工业的发展，与科学技术的进步，在一些领域对测量方面的要求越来越高越来越严格。

激光三角法实验报告学院：指导教师：学生：学号：一、激光三角法测三维表面综述激光三角法实验报告随着工业测量领域的不断扩展以及对测量精度和测量速度的不断提高,传统的接触是测量已经无法满足工业界的需求.而非接触测量由于其良好的精确性和实时性,已经成为测量领域的热点.同时由于电子学和光学技术的飞速发展，光电检测已经成为非接触测量的一种主要方法。

激光三角法(Laser Triangulation)是光电检测技术的一种，由于该方法具有结构简单、测试速度快、不易损伤表面、测量距离大、抗干扰、测量准确度高、实时处理能力强、使用灵活方便等优点,在工业中的长度、距离以及三维形貌等检测中有着广泛的应用。

一、实验原理1、激光三角法测距图表错误!未定义书签。

激光三角法测距原理图如图1所示，激光三角法的测量仪器主要由激光发射器、透镜和CCD组成。

在测量过程当中使用激光光源作为测量的指示光源,激光器的轴线、成像物镜的光轴以及CCD线阵，三者位于同一个平面内.激光光源照射到物体上某一点，该目标点的图像通过透镜汇聚到CCD上形成像点。

当激光照射的物体沿激光光轴移动时，像点也在CCD像面上移动。

在CCD焦距已知，光源、透镜和CCD的相对位置确定的前提下，通过测量CCD上像点的位置就能准确确定被测物体移动的距离。

图1中，已知透镜的轴线与激光束的夹角为，CCD像平面与镜头光轴的夹角为，像面距镜头的距离s’约等于镜头焦距f，物距为s,像点在CCD上移动距离d，物点在激光束方向上的移动距离为,则：通常情况下，等于,即CCD像平面与镜头主光轴垂直，所以:2、激光三角法三维重建在图1中，将激光束沿直面垂直方向延伸成激光面。

激光将一个理想的光斑投射在被测表面上，沿激光束方向移动被测物体,该光斑将随其投射点位置的深高度坐标变化而沿着激光器的轴向作同样距离的位移。

光斑同时又通过物镜成像在ＣＣＤ线阵上，且成像位置与光斑的深度，位置有唯一的对应关系。

测出CCD线阵上所成实像的中心位置，即可通过光斑与其在CCD线阵上所成像点的位置几何光学关系求出光斑的高度坐标，从而得到被测表面该点处的深度参数。

激光测距三角系统1.激光三角法基本原理在被测物体表面上方,用一束激光以一定的角度照射,激光在物体表面发生反射或者散射,在另一个角度用成像系统对激光反射或散射光进行汇聚成像,被测物体上激光照射所产生的光斑的位置变化,光反射或散射的角度也会变化,用光学系统对光线进行汇聚,光斑成像在CCD或者PSD位置传感器上,沿激光方向当被测物体发生移动时,位置传感器上的成像光斑就会发生移动,其位移对应物体移动距离,从而间接的实现激光测量。

由于入射和反射光构成一个三角形,对光斑位移的计算,几何三角和激光器运用其中,所以这种方法被称为激光三角测量法。

2.系统组成图1 光学系统结构图光学器件：AL0650P2尾纤型激光器A414-光纤准直器650BP35-OD3T0E02窄带滤光片DLB-10-25PM的双胶合透镜系统软硬件设计：电路部分以AVR单片机为核心的硬件电路,包括线阵CCD驱动电路、CCD信号处理电路,以及以单片机为核心的测量、显示电路,基本满足系统测量精度和在线检测的要求。

图2 系统硬件框图软件模块包括单片机对线阵CCD的驱动、信号数据二值化、单片机采集处理和发送程序,控制LCD显示测量结果。

主程序的结构为:(1)开始,LCD液晶显示屏点亮,初始化单片机和显示器。

(2)等待外部按键的幵始命令。

(3)开始命令发出后,执行CCD驱动程序、脉冲计数填充和采集程序(4)关闭计数器,控制LCD显示数据。

3.系统CCD本系统为微位移检测装置,即通过测量被测物体在CCD上成像的像点移动来测量物体的位移,所以选用线阵CCD。

考虑到测量系统应该要满足实时测量要求,并且有较好的动态范围,所以要求系统至少1kHz的响应频率,要求CCD有较好的转移速率,最终选定了 TCD1206SUP。

其驱动波形如下，本系统采用ATmegal6单片机最小系统对CCD进行驱动，另外单片机在小数据处理和LCD控制方面也足以胜任。

图3 TCD1206SUP驱动脉冲波形图4.信号处理电路（1）差分放大电路考虑到CCD的输出信号频率较高(1MHz),所以在对输出信号进行放大处理的时候,要选用通频带较宽的运算放大器,且在本设计中选用的CCD输出信号包含两路输出,需对其进行差分放大处理。

激光三角测距法原理、系统和精度分析目录1 三角测距方式 (2)2 激光三角法原理分析 (4)3 激光三角法距离计算 (5)4 激光三角法精度分析 (6)5 系统探测能力的影响因素 (9)5.1 PSD接收光功率对系统探测能力的影响 (9)5.2光能质心对探测能力的影响 (16)5.3像点弥散斑对系统探测能力的影响 (19)激光三角法作为目前一种非常重要的非接触式测量方法，广泛运用于物体位移、厚度和三维面形等方面的测量。

激光三角法利用一束激光经光学系统调节后照射到被测物体表面，形成一小光斑，经过被测物体表面散射后通过接收物镜聚焦成像在光电探测器的接收面上。

被测点的位移信息由该光点在探测器的光接收面上所形成的像点位置决定。

当被测物体移动时，光斑相对于接收物镜的位置发生变化，相应的其像点在光探测器接收面上的位置也将发生改变，根据其像点位置的变化和测量系统的结构参数可求出被测点的位移信息。

由于入射光线和反射光线构成一个三角形，所以该方法被称为激光三角法。

1 三角测距方式系统三角结构方式初步选定采用直入射法垂直接收屏方式。

对于本系统，接收物镜面几乎与散射光光轴垂直，接收物镜光轴与入射光光轴的夹角θ角非常小，计算出只有约1.14度，在一般的机械零件加工和安装调试过程中这么小的角度是很难实现的，而且此时接收物镜也很难在普通光学支架上定位，故将垂直接收方式的结构设计为以下形式：图1 改进型垂直接收屏方式原理图改进型方式中，接收物镜光轴平行于入射光轴，并与物面散射光光轴成θ角，接收物镜与光电探测器接收面平行。

光束i垂直入射到移动物面上并与接收物镜的主光轴相交于位于M平面上的O点，称M平面为零参考平面，O点在像屏上的像点是O’点。

移动物面上的A点和参考平面上的O点经过漫反射和半漫反射后通过透镜分别成像在光电传感器P上的A’点和O’点。

A点相对于零参考平面M的位移量记为∆，A点的位移计算公式为：θδθθcos sin cos 120+=∆d d (1) 与垂直接收屏接收方式相比，位移计算公式中多了一个系数θ2cos此时，焦距公式为sd f 1111-= (2) 由此推导出精度公式：)11()(cos sin )cos cos (222210220s f ds s s d d d d d +∆-=∆-=∆θθθθδ (3)在相同焦距和系统宽度条件下，比垂直接收方式相对比，三种颜色曲线代表不同的接收物镜焦距，如图2。

专利名称：激光三角测距方法专利类型：发明专利
发明人：杜元源,蒋振斌
申请号：CN201711218736.6申请日：20171128
公开号：CN108195344A
公开日：
20180622
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种激光三角测距方法，涉及视差三角形测量距离的方法技术领域。

所述方法包括如下步骤：推导出激光三角测距的基本公式；根据激光三角测距的基本公式推导出实际可用的测距公式；分区间标定测距参数；设计机械结构参数；将标定好的测距参数和设计好的机械结构参数带入到实际可用的测距公式中计算测距的距离。

所述方法通过分区间标定测距参数并通过设计机械结果参数，提高了三角测距的测距精度。

申请人：广东雷洋智能科技股份有限公司
地址：523000 广东省东莞市长安镇乌沙江贝步步高大道新星工业园
国籍：CN
代理机构：北京科家知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：陈娟
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激光三角测距缺陷检测可行性分析激光三角测距缺陷检测可行性分析激光三角测距是一种常用的测量技术，可以通过测量激光光束从发射器发出后到接收器接收到的时间来计算出距离。

激光三角测距技术被广泛应用于工业测量、地理测量和机器人导航等领域。

在缺陷检测方面，激光三角测距技术也具有可行性。

首先，激光三角测距具有高精度的测量能力。

激光光束的传播速度非常快，可以达到光速的299,792,458米/秒，因此可以实现非常精确的时间测量。

通过测量激光光束从发射到接收的时间差，可以计算出目标物体与测距仪之间的距离。

这种测量精度可以达到亚毫米级别，足够用于检测各种微小的缺陷。

其次，激光三角测距技术具有高速测量的优势。

激光光束的传播速度快，加之测量过程简单快捷，能够实现快速的缺陷检测。

对于制造业中的生产线，激光三角测距可以实时监测产品的质量，快速发现并解决缺陷问题，提高生产效率和产品质量。

另外，激光三角测距技术还具有无接触测量的特点。

传统的测量方法常常需要与目标物体接触才能进行测量，而激光三角测距技术可以在远距离范围内实现无接触测量。

这对于一些对目标物体表面有特殊要求或易受损的情况非常有利，可以避免因接触带来的额外干扰或损坏。

此外，激光三角测距技术还可以通过光束的反射来实现对目标物体表面形状的测量。

通过扫描激光光束，可以获取目标物体表面的三维坐标信息，从而实现对目标物体形状的检测。

这在某些需要对物体形状进行评估或检测的场景中具有重要意义，如汽车制造中的车身尺寸检测。

总之，激光三角测距技术在缺陷检测方面具有可行性的原因是多方面的。

它具有高精度、高速测量和无接触测量的优势，可以应用于各种缺陷检测场景。

然而，在具体应用中还需要考虑光束的穿透性、反射性和环境的干扰等因素，以保证测量结果的准确性和可靠性。

因此，在实际应用中需要综合考虑技术的优势和限制，选择合适的激光三角测距设备，并进行合理的参数设置和校准，以确保缺陷检测的准确性和可靠性。

激光三角法测距传感器的设计与实现朱尚明合肥经济技术学院机电系合肥:230052葛运建中科院合肥智能机械研究所摘要本文介绍了激光三角法测距的基本原理,利用新型位敏元件PSD设计并实现了一种高分辨率、大量程的测距传感器,并对不同条件下的测试结果进行了分析。

关键词激光三角法散射光斑位敏元件PSD 算术运算电路近年来,电子学和光学技术的飞速发展使得光电检测已成为自动化技术领域的一个热点,在机器人传感器及工业自动检测领域中应用十分活跃[1][2]。

激光三角法测距传感器就是利用光电技术对距离进行非接触测量的一种新型传感器[3][4]。

该传感器具有测量速度快、抗干扰能力强、测量点小、适用范围广等优点,目前在国内外受到了越来越多的重视。

1 激光三角法测距的基本原理激光三角法测距的基本原理是基于平面三角几何,如图1—1所示。

其方法是让一束激光经发射透镜准直后照射到被测物体表面上,由物体表面散射的光线通过接收透镜会聚到高分辨率的光电检测器件上,形成一个散射光斑,该散射光斑的中心位置由传感器与被测物体表面之间的距离决定。

而光电检测器件输出的电信号与光斑的中心位置有关。

因此,通过对光电检测器件输出的电信号进行运算处理就可获得传感器与被测物体表面之间的距离信息。

为了达到精确的聚焦,发射光束和光电检测器件受光面以及接收透镜平面必须相交于一点[5]。

在图1—1中,假设发射光束和接收透镜光轴之间的夹角为Η,光电检测器件的受光面和接收透镜光轴之间的夹角为Υ,接收透镜在基准距离处的物距和像距分别为E和E′,不难推出被测物体的距离变化∃和光电检测器件图1—1∆之间的关系为∃=E3sinΥ3∆ [E′3sinΗ-∆3sin(Η+Υ)] =(D13∆) (D2-∆)式中D1=E3sinΥ sin(Η+Υ)D2=E′3sinΗ sin(Η+Υ)由于式(1—1)的推导不带任何先行假设或近似,因此这一关系是严格精确的,它对任何距离的变化都成立。

光学扫描仪测距原理
1.三角测距法：
三角测距法基于菲涅尔原理，通过测量发射光和反射光之间的角度以及光线在空间中的传播时间来计算距离。

首先，扫描仪发出一束激光束并照射到目标物体上。

目标物体上的激光束被反射，并再次被扫描仪接收到。

扫描仪通过测量发射光和接收光之间的角度以及光的传播时间来计算目标物体与扫描仪之间的距离。

测量角度可以通过使用光学元件，如棱镜、光栅或反射镜等来实现。

当光束在扫描仪和目标物体之间进行传输时，光束经过光学元件从而改变光束的路径，进而改变了光束和目标物体之间的夹角。

通过测量光束的入射角和出射角，我们可以计算出目标物体与扫描仪之间的距离。

2.飞行时间法：
飞行时间法基于测量激光光束从发射到接收所需的时间来计算距离。

光束发射器发出一个脉冲激光光束，并在目标物体上发生反射。

然后，接收器接收到反射光，并测量从发射到接收所需的时间。

根据光在真空中的速度，我们可以通过乘以时间来计算物体与扫描仪之间的距离。

需要注意的是，在实际应用中，由于光束在空气或其他介质中的传播速度可能发生变化，必须对这种变化进行校正以确保测距的准确性。

这可以通过对环境中的介质进行测量，并使用适当的公式进行修正来实现。

光学扫描仪是一种常见且非常实用的测距技术。

无论是在工业应用中的测量还是在消费类电子产品中的应用，光学扫描仪都展示了其卓越的性
能和精度。

通过理解光学扫描仪的工作原理，我们可以更好地理解其应用和优势，并在实际应用中更好地利用它的功能。