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激光测距原理|激光测距运用了光的什么原理

激光测距的工作原理

激光测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的:测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收,测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半,就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/-1米左右。另外,此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。

激光测距运用了光的什么原理

目前激光雷达的测量原理主要有脉冲法、相干法和三角法3种,脉冲法和相干光法对激光雷达的硬件要求高,但测量精度比激光三角法要高得多,故多用于军事领域。而激光三角测距法因其成本低,精度满足大部分商用及民用要求,故得到了广泛关注。

激光三角测距法主要是通过一束激光以一定的入射角度照射被测目标,激光在目标表面发生反射和散射,在另一角度利用透镜对反射激光汇聚成像,光斑成像在CCD(Charge-coupled Device,感光耦合组件)位置传感器上。当被测物体沿激光方向发生移动时,位置传感器上的光斑将产生移动,其位移大小对应被测物体的移动距离,因此可通过算法设计,由光斑位移距离计算出被测物体与基线的距离值。由于入射光和反射光构成一个三角形,对光斑位移的计算运用了几何三角定理,故该测量法被称为激光三角测距法。

按入射光束与被测物体表面法线的角度关系,激光三角测距法可分为斜射式和直射式两种。

1、直射式激光三角测距法

当激光光束垂直入射被测物体表面,即入射光线与被测物体表面法线共线时,为直射式激光三角法。

2、斜射式激光三角测距法

当光路系统中,激光入射光束与被测物体表面法线夹角小于90°时,该入射方式即为斜射式。如图2所示的光路图为激光三角法斜射式光路图。

由激光器发射的激光与物体表面法线成一定角度入射到被测物体表面,反(散)射光经B处的透镜汇聚成像,最后被光敏单元采集。

入射光AO与基线AB的夹角为α,AB为激光器中心与CCD中心的距离,BF为透镜的焦距f,D为被测物体距离基线无穷远处时反射光线在光敏单元上成像的极限位置。

在确定系统的光路时,可将CCD位置传感器的一个轴与基线AB平行(假设为y轴),则由通过算法得到的激光光点像素坐标为(Px,Py)可得到x的值为:

其中CellSize是光敏单元上单个像素的尺寸,DeviationValue是通过像素点计算的投影距离和实际投影距离x的偏差量。当被测物体与基线AB产生相对位移时,x改变为x,由以上条件可得被测物体运动距离y为:

总结

无论是直射式还是斜射式激光三角测距法,均可实现对被测物体的高精度、非接触测量,但直射式分辨率没有斜射式高。


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