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基于激光掃描原理的路徑檢測(cè)方案

—— A Scheme of Route Detection Based on Laser Scan Concept
作者:陳妮亞 林位騰 北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 時(shí)間:2009-06-19 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/95474.htm

  比賽的賽道,由白色泡沫材料及其中心的黑色引導(dǎo)線組成,對(duì)賽道信息捕獲的效果好壞,直接決定著的速度及控制性能。通常采用的方式,不外乎CCD與光電兩種。CCD方案具有先天的優(yōu)勢(shì),不僅能得到賽道的豐富信息,而且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的前瞻,對(duì)車模重量及穩(wěn)定性的影響也很小;而光電方案受傳感器數(shù)量、車模重量及穩(wěn)定性所限,獲得的賽道信息十分有限,前瞻距離也不足,使得使用光電管方案的隊(duì)伍成績(jī)普遍不如使用CCD方案的隊(duì)伍。

  是否光電方案就真的不可能得到連續(xù)的、前瞻性好的信息呢?設(shè)想如果只用一對(duì)光電發(fā)射/接收傳感器,利用光學(xué)裝置讓發(fā)射光線形成一條高速掃描線,就可以得到一行完整的賽道信息,如果有3個(gè)這樣的裝置,即可獲得賽道曲率和角度。另外,如果使用能量高度集中的激光作為光源,則檢測(cè)距離可大大增加。正是基于這種想法,我們想到了利用條碼掃描儀中的器。

  器正是利用快速擺動(dòng)(或旋轉(zhuǎn))的鏡面,反射能量高度集中的激光束,使激光束的出射角度隨著反射鏡的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生連續(xù)的變化,從而投射出一條掃描線。雖然只有一個(gè)光電檢測(cè)器和一個(gè)光源,但由于反射鏡的高掃描頻率,使得掃描器幾乎可以同時(shí)得到一行的圖像信息。當(dāng)然,我們還需要做許多額外工作,才能將條碼掃描器應(yīng)用于

  器檢測(cè)基本原理

  激光掃描器的基本原理與基于紅外路徑探測(cè)的原理類似,但存在如下不同點(diǎn):

  •   激光掃描器通常使用波長(zhǎng)為650nm的激光管作為光源,能量高度集中,遠(yuǎn)距離時(shí)光束發(fā)散角仍然很小,檢測(cè)距離遠(yuǎn)且分辨率高,而紅外光電檢測(cè)方案,其光源發(fā)射角大,檢測(cè)距離有限且分辨率低。
  •   激光掃描器增加一個(gè)可控的振鏡或旋轉(zhuǎn)棱鏡,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描檢測(cè),可以獲得一維圖像信息,利用多個(gè)(通常3個(gè)就足夠了)一維激光掃描器,可以獲得與CCD方案近似的圖像信息,而一對(duì)紅外光電傳感器僅能獲得一個(gè)“像素”信息,要想獲得足夠的賽道信息,必需足夠多的光電傳感器,受規(guī)則所限的同時(shí)還要考慮到車模重量及穩(wěn)定性,相對(duì)于CCD方案,光電方案獲得的信息十分有限。

  我隊(duì)所使用激光掃描器原理如下。

  光學(xué)部分

  如圖1所示,激光掃描器光學(xué)部分包含如下裝置:激光二極管、準(zhǔn)直透鏡、平面鏡、凹面鏡、濾光片、光敏二極管、振鏡。振鏡由三部分組成:反射鏡、固定于反射鏡背面的永磁鐵和用于固定反射鏡的支架,支架可在一定角度內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。由激光管發(fā)出的光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡聚焦后,成為平行光進(jìn)入平面鏡,經(jīng)平面鏡反射后穿過(guò)凹面鏡中央的小孔,抵達(dá)振鏡,由于振鏡的周期運(yùn)動(dòng)改變其角度,故光束由振鏡的出射角亦作周期變化,形成掃描線。與此同時(shí),出射光在賽道上的漫反射光線通過(guò)振鏡鏡面,進(jìn)入凹面鏡的聚焦范圍,經(jīng)凹面鏡聚焦后的光線,通過(guò)中心波長(zhǎng)為650nm的濾光片濾除干擾光后,由光敏二極管轉(zhuǎn)換成與光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的光電流,再由后續(xù)硬件電路處理。


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