专利名称：基于光学玻璃自然折射率和反射率分光的二维空间位置识别系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光机电算技术领域，具体涉及基于光学玻璃自然折射率和反射率分光的二维空间位置识别系统。
背景技术：
随着科技发展的需要，可以用于空间位置精确定位的识别系统的重要性日益显现出来，如在电视游戏中，通过对游戏者肢体动作位置的识别来实时反馈到电视游戏中，达到人机互动的效果；在教学领域，通过记录教师书写运行轨迹，用计算机成像技术将书写轨迹转换为文字显示；在安防系统中，通过精确定位入侵物体的外围轮廓的位置，进一步判断入侵物体的属性来避免误判发生；而对以上所面临的问题，现有技术鲜有解决的办法或解决效果不全面。
发明内容为解决上述问题，本发明特提出一种基于光学玻璃自然折射率和反射率分光的二维空间位置识别系统。普通玻璃的光学特性:准直光源透过玻璃存在轴向位移，不改变传播方向，轴向位移仅与入射角和玻璃厚度有关；玻璃对普通激光光源的反射率约在4%左右。基于以上特性，可以利用大规模的玻片阵列进行光源复用。在封闭平面内利用反射光线构成探测信息载波光，组成一张二维光网，当阻断光网中任一点的将会导致载波光信号的骤然衰减，通过探测器，如光敏二极管阵列，将光信号转换为电信号，并配合判断电路计算出阻断光束的坐标。系统包括:激光器1、玻片阵列2、探测阵列3、伺服电路4、封装系统5，其中，激光器设有两台，位于封装系统5的框架一侧的两个顶点，出射方向正交,玻片阵列2由玻片组成，平行等距放置，并与激光入`射方向呈45°分布；探测阵列3位于与激光入射方向相平行的两个对边上，安置在能够接受到转向分束光束的位置，并将所有信号合并输入到伺服电路4中；激光器1、玻片阵列2、探测阵列3、伺服电路4封装到封装系统5内部。激光器:为绿光激光器。激光器既要有效探测，同时又不会损伤探测原件，选用输出波长为532nm，输出功率为500mW的绿光激光器。使用绿光进行光路构建的优点在于其人眼敏感度较高，光路调整方便。识别系统在产品阶段可以采取红外波段的光，这样可以避免视觉干扰。玻片阵列:玻片间隔控制在4.3cm以下，玻片与入射光线夹角45°，夹角误差范围土1°。考虑到激光每次经过玻片衰减4%，计算得经过约四十个玻片衰减为原有光强的20%，可以实现光源的大量复用。光源强度衰减系统在产品阶段可以根据具体使用场景确定光网密度，采用模块化设计的玻片阵列，可以保证系统的稳定性及铺设大规模光路。探测阵列:与绿光激光器相匹配，要求响应时间非常短，使用过程中可忽略不计，同时要求能够较长时间承受激光照射。在实验阶段选用的是光敏电阻原件，其具有价格便宜、响应迅速的优点。伺服电路:根据探测器给出的脉冲响应，能够准确判断阻挡光束的二维坐标，保证整个系统的运行。封装系统:根据各个装置的位置，使用Solidworks进行三维建模。封装模具要求具备坚固、结构紧凑、不易变形的特点，同时需保证光路的稳定性。本发明的优点在于:1、不仅可以判断入侵事件的有无，还可实现入侵点位置的定位，并且可以判断入侵事件的大体轮廓和运动轨迹。2、多次反射增加光束复用，只是用一个激光器和价格低廉的探测器阵列、玻璃片阵列进行防护，并结合扫描系统完成各种边框的防护。3、结构简单，拓展性强。可以通过六个平面的结合完成对某环境的密闭，例如野外营房的构建，形如电子哨兵式的不可被逾越的封锁方式，并可以结合高功率激光器进行进一步的调整完成报警和自动警戒双重任务。4、由于结构简单，复用性和拓展性较强，较易于实现降低产品的成本，实现产品化。
图1为本发明的二维光网垂直方向组网示意图；图2为本发明的二维光网空间定位示意图；图3为本发明的静态入侵物体轮廓大小识别示意图；图4为本发明的空间位置识别系统机械封装图。
具体实施方式
下面结合图示对本发明进行进一步说明。图1为本发明的二维光网垂直方向组网示意图。光线从激光器发出，经过波片之后，分为两束互相垂直的光，一束光继续向前传播，另一束光与其传播方向垂直，通过波片的阵列使得分出的垂直的光覆盖整个平面，并在每束分出的光对面放置探测器，形成探测器阵列，同时通过X、y两个方向的配合形成规则的二维光网。通过此系统可实现如下两个主要功能: 1、动态物体轨迹识别。图2为本发明的二维光网空间定位示意图。总体过程可分为三步:第一步，h时刻入侵物体到达A点附近，遮挡平面内垂直相交的两条光线，相对应的探测器探测不到光源产生响应，标定坐标为(XA，Ya)；第二步，t2时刻入侵物体到达B点附近，遮挡平面内垂直相交的两条光线，相对应的探测器探测不到光源产生响应，标定坐标为(XB，Yb)；第三步，t3时刻入侵物体到达C点附近，遮挡平面内垂直相交的两条光线，相对应的探测器探测不到光源产生响应，标定坐标为(X。，Yc)；从而，可以得到从h到t3时刻入侵物体的运动轨迹的识别。2、静态入侵物体轮廓大小识别。[0028]图3为本发明的静态入侵物体轮廓大小识别示意图。原理与动态物体识别相类似，入侵物体大于光网最小密度单元，入侵物体覆盖若干个坐标点位置，因此用覆盖的坐标点组表征入侵物体轮廓大小。图4为内部结构图，结构材料采用强度及抗形变、抗震性能都较好的铝合金，且封装使得系统密闭性较好，抗外界干扰能力强。结构包括I激光器调节固定装置，2波片调整装置阵列，3传感器(如 光敏二极管)，4伺服电路部分及5电源部分。
权利要求1.基于光学玻璃自然折射率和反射率分光的二维空间位置识别系统，包括:激光器(I)、玻片阵列(2)、探测阵列(3)、伺服电路(4)、封装系统(5)，其特征在于，激光器设有两台，位于封装系统(5)的框架一侧的两个顶点，出射方向正交；玻片阵列(2)由玻片组成，平行等距放置，并与激光入射方向呈45°分布；探测阵列(3)位于与激光入射方向相平行的两个对边上，安置在能够接受到转向分束光束的位置，并将所有信号合并输入到伺服电路(4)中；激光器(I)、玻片阵列(2)、探测阵列(3)、伺服电路(4)封装到封装系统(5)内部。
2.根据权利要求1所述的基于光学玻璃自然折射率和反射率分光的二维空间位置识别系统，其特征在于，激光器为绿光激光器。
3.根据权利要求1所述的基于光学玻璃自然折射率和反射率分光的二维空间位置识别系统，其特征在于，玻片阵列的玻片间隔控制在4.3cm以下，玻片与入射光线夹角45°，夹角误差范围土 1° 。
专利摘要本实用新型涉及基于光学玻璃自然折射率和反射率分光的二维空间位置识别系统。包括激光器(1)、玻片阵列(2)、探测阵列(3)、伺服电路(4)、封装系统(5)，其中，激光器设有两台，位于封装系统(5)的框架一侧的两个顶点，出射方向正交；玻片阵列(2)由玻片组成，平行等距放置，并与激光入射方向呈45°分布；探测阵列(3)位于与激光入射方向相平行的两个对边上，安置在能够接受到转向分束光束的位置，并将所有信号合并输入到伺服电路(4)中；封装系统(5)将其它原件封装到内部。本实用新型结构简单，复用性和拓展性较强，较易于实现降低产品的成本，实现产品化。
文档编号G01B11/24GK203116694SQ201320095478
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者冯伟, 郭凯, 杨霄, 江奇渊 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学