一种激光测距仪校正方法与流程

本发明涉及测量仪器技术领域，具体而言，涉及一种激光测距仪校正方法。

背景技术：

激光测距仪是利用调制激光的某个参数对目标的距离进行准确测定的仪器。脉冲式激光测距仪作为常见的一种激光测距仪，其在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。为了便于进行下述阐述，记录发射时间为T1，接收时间为T2。

然而，由于不同目标的反射率并不相同，则在特定距离的不同材质的目标产生的返回光信号强度在特定范围内波动，对应的电脉冲的信号幅度也随之变化，因此，T2时刻的判定往往也会受到干扰，从而导致测距值的失真。参见图1，对于特定距离的两个反射率目标而言，T2时刻的一般判定方法是通过虚线所示的检波阈值与波形的交叉点进行判定，可见，对同一个检波阈值，大幅值信号的上升较小幅值信号快，大幅值信号的T2时刻比小幅值来的要早一些，则对于特定距离设置的不同反射率目标而言，由于存在幅相误差，使得对应的测距值并不相同。

为了解决上述问题，现有技术中提供了一种过零检测方法，该方法首先将电脉冲信号进行微分变换，然后再将微分波形与零电平的交叉点作为T2时刻，本方法的实质是以脉冲信号的峰值作为T2时刻。

发明人在研究中发现，现有技术中的过零检测方法，由于信号放大链路的非线性特性，使得脉冲信号的峰值仍会随着信号的大小产生变化，即依旧存在幅相误差，从而导致距离测量不够精确。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光测距仪校正方法，采用拟合技术手段，降低不同反射率的被测目标所产生的幅相误差，进一步提高距离测量的精确度。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光测距仪校正方法，包括激光测距仪和多个靶标；所述方法包括：

将多个所述靶标依次设置在距离所述激光测距仪相同的预设位置处；其中，每个靶标对应的反射率均不相同；

利用所述激光测距仪接收每个所述靶标反射的激光信号，并对所述反射的激光信号进行波形分析，得到波形分析后的幅度值和对应的测量距离值；

对所有的所述测量距离值和所有的所述幅度值进行拟合的分析处理，得到对应的拟合函数关系；

根据所述拟合函数关系对所述测量距离值进行校正，得到校正距离值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述利用所述激光测距仪接收每个所述靶标反射的激光信号，并对所述反射的激光信号进行波形分析，得到波形分析后的幅度值和对应的测量距离值，包括：

所述激光测距仪向所述靶标发射激光信号，并接收所述靶标反射的激光信号；

对所述反射的激光信号进行波形分析，得到所述激光信号的幅度值和对应的接收时间；

根据发射激光信号对应的发射时间与接收反射的激光信号对应的接收时间之间的时间差，计算得到所述幅度值对应的测量距离值。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述对所述反射的激光信号进行波形分析，得到所述激光信号的幅度值和对应的接收时间，包括：

根据预设第一检波阈值与接收的所述反射的激光信号的交叉位置，得到反射的激光信号对应的接收时间；

以所述交叉位置作为基准位置，得到所述反射的激光信号的幅度值。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述对所述反射的激光信号进行波形分析，得到所述激光信号的幅度值和对应的接收时间，包括：

对接收的所述反射的激光信号进行微分变换处理，得到微分变换处理后的激光信号；

根据预设第二检波阈值与微分变换处理后的激光信号的交叉位置，得到反射的激光信号对应的接收时间；

以所述交叉位置作为基准位置，得到所述反射的激光信号的幅度值。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述对所述反射的激光信号进行波形分析，得到所述激光信号的幅度值和对应的接收时间，包括：

对所述反射的激光信号进行光电转换处理，得到对应的模拟电信号；

对所述模拟电信号进行模数转换处理，得到对应的数字电信号；

对所述数字电信号进行波形分析，得到所述数字电信号的幅度值和对应的接收时间。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述对所述数字电信号进行波形分析，得到所述数字电信号的幅度值和对应的接收时间，包括：

根据预设第三检波阈值与所述数字电信号的交叉位置，得到所述数字电信号对应的接收时间；

以所述交叉位置作为基准位置，得到所述数字电信号的幅度值；

或者，

对所述数字电信号进行微分变换处理，得到微分变换处理后的数字电信号；

根据预设第二检波阈值与微分变换处理后的数字电信号的交叉位置，得到所述数字电信号对应的接收时间；

以所述交叉位置作为基准位置，得到所述数字电信号的幅度值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述对所有的所述测量距离值和所有的所述幅度值进行拟合的分析处理，得到对应的拟合函数关系，包括：

根据所述预设位置对应的真实距离值对每个所述测量距离值均进行差值分析，得到对应的多个测距偏差值；

对多个所述测距偏差值和对应的多个所述幅度值进行拟合的分析处理，得到对应的拟合函数关系。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述对多个所述测距偏差值和对应的多个所述幅度值进行拟合的分析处理，得到对应的拟合函数关系，包括：

将多个所述测距偏差值和对应的多个所述幅度值构成离散的函数点集；其中，所述测距偏差值为因变量，所述幅度值为自变量；

按照多项式方法对所述函数点集进行拟合分析处理，得到对应的拟合函数关系；其中，所述拟合函数关系与所述函数点集最接近。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括：

从所述拟合函数关系中找到超过预设斜率变化率的部分拟合函数关系；

根据预存的靶标的反射率和对应的幅度值之间的匹配关系，得到部分拟合函数关系所对应的反射率区间；

在所述反射率区间内增加新的反射率所对应的靶标。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述激光测距仪为脉冲式激光测距仪。

本发明实施例提供的激光测距仪校正方法，包括激光测距仪和多个靶标，与现有技术中的过零检测方法，由于信号放大链路的非线性特性而存在幅相误差，导致距离测量的不精确相比，其首先将多个靶标依次设置在激光测距仪的同一个预设位置，即以同一个位置处的不同反射率靶标作为实施条件，然后再利用激光测距仪对每个靶标均进行反射的激光信号的波形分析，得到波形分析后的幅度值和对应的测量距离值，然后将上述所有的幅度值和测量距离值进行拟合分析，并利用拟合分析得到的拟合函数关系对测量距离值进行校正，得到校正距离值，上述方法通过对测量距离值的拟合校正，最大限度的降低了由于反射率的不同所造成的幅相误差，从而提高了距离测量的精确度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了现有技术中固定阈值检测方法的原理示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种激光测距仪校正方法的流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图5示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图6示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图7示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图8示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图9示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图10示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图；

图11示出了本发明实施例所提供的另一种激光测距仪校正方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有技术中的过零检测方法，由于信号放大链路的非线性特性，使得脉冲信号的峰值仍会随着信号的大小产生变化，即依旧存在幅相误差，从而导致距离测量不够精确。基于此，本发明实施例提供了一种激光测距仪校正方法，采用拟合技术手段，降低不同反射率的被测目标所产生的幅相误差，进一步提高距离测量的精确度。

参见图2所示的本发明实施例提供的激光测距仪校正方法的流程图，所述方法具体包括如下步骤：

S101、将多个靶标依次设置在距离激光测距仪相同的预设位置处；其中，每个靶标对应的反射率均不相同；

具体的，本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法的实施条件，是将所有的靶标设置在距离激光测距仪的同一个预设位置，且上述靶标的反射率均不相同，此时，只有靶标的不同反射率作为变化量。

S102、利用激光测距仪接收每个靶标反射的激光信号，并对反射的激光信号进行波形分析，得到波形分析后的幅度值和对应的测量距离值；

具体的，对于上述固定位置处设置的多个靶标而言，每进行一个靶标设置，均利用相匹配的激光测距离接收该靶标所反射的激光信号，并能够对反射的激光信号进行波形分析，不仅计算得到测量距离值，还可以采集到对应的幅度值，且将不同反射率的靶标与其对应的幅度值进行对应的保存。

其中，上述波形分析不仅包括固定阈值检测方法对应的波形分析方式，包括微分过零检测方法对应的波形分析方式，还包括对上述两种方法的数字化波形分析方式，以满足不同用户的不同需求，本发明实施例中，对具体的分析方式不做具体的限制。

S103、对所有的测量距离值和所有的幅度值进行拟合的分析处理，得到对应的拟合函数关系；

具体的，对于激光测距仪得到的幅度值和测量距离值而言，根据若干待定系数将幅度值和测量距离值对应的离散函数点集进行拟合分析，以使得到的拟合函数关系与上述函数点集的差别最小，即符合最小二乘法。

S104、根据拟合函数关系对测量距离值进行校正，得到校正距离值。

具体的，对于上述得到的拟合函数关系，其在后续测量中，通过幅度值代入拟合函数关系以实现对测量距离值的校正，得到最终的校正距离值。

本发明实施例提供的激光测距仪校正方法，与现有技术中的过零检测方法，由于信号放大链路的非线性特性而存在幅相误差，导致距离测量的不精确相比，其首先将多个靶标依次设置在激光测距仪的同一个预设位置，即以同一个位置处的不同反射率靶标作为实施条件，然后再利用激光测距仪对每个靶标均进行反射的激光信号的波形分析，得到波形分析后的幅度值和对应的测量距离值，然后将上述所有的幅度值和测量距离值进行拟合分析，并利用拟合分析得到的拟合函数关系对测量距离值进行校正，得到校正距离值，上述方法通过对测量距离值的拟合校正，最大限度的降低了由于反射率的不同所造成的幅相误差，从而提高了距离测量的精确度。

为了更好的获取拟合相关的幅度值和测量距离值，上述S102的分析过程，具体通过如下步骤实现，参见图3所述的流程图，所述方法还包括：

S201、激光测距仪向靶标发射激光信号，并接收靶标反射的激光信号；

具体的，在对每一个靶标进行固定位置的距离设置后，本发明实施例中的激光测距仪利用自身包括的脉冲激光发生器向靶标发射激光信号，该靶标接收该激光信号，并进行信号返回，激光测距仪则可以根据其接收系统接收靶标反射的激光信号。

其中，本发明实施例中的激光测距仪优选的采用脉冲式激光测距仪。

S202、对反射的激光信号进行波形分析，得到激光信号的幅度值和对应的接收时间；

具体的，对于测光测距仪测距而言，在确定了反射的激光信号的接收时间后，利用该接收时间便可以计算得到对应的测量距离值，可见，接收时间的确定是核心关键点。对于本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法而言，可以通过固定阈值检测方法和微分过零检测方法确定对应的接收时间。同样的，对于接收的反射的激光信号，可以得到不同检测方法所对应的幅度值。

S203、根据发射激光信号对应的发射时间与接收反射的激光信号对应的接收时间之间的时间差，计算得到幅度值对应的测量距离值。

具体的，在脉冲式激光测距仪工作时，触发脉冲激光发生器产生激光信号。该激光信号有一小部分能量由参考信号取样器直接送到接收系统，作为计时的起始点。大部分光脉冲能量射向靶标，由目标反射回测距仪的光脉冲能量被接收系统接收，这就是回波信号(反射的激光信号)。参考信号和回波信号先后由光电探测器转换成为电脉冲，并加以放大和整形。整形后的参考信号能使触发器翻转，控制计数器开始对晶格振荡器发出的时钟脉冲进行计数。

其中，根据回波信号的接收时间与发射激光信号对应的发射时间之间的时间差，再结合光速，计算得到每个靶标对应的测量距离值。该测量距离值与其幅度值一一对应。

考虑到本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法不仅可以对固定阈值检测方法中产生的幅相误差，还可以对微分过零检测方法中的电路非线性幅相误差进一步进行抑制，即本实施例中的方法适用于固定阈值检测方法以及微分过零检测方法所产生的幅相误差，其中，上述固定阈值检测方法和微分过零检测方法的波形分析方法不同，则激光测距仪接收到反射的激光信号的接收时间也不相同。针对上述两种方法产生的拟合数据源而言，参见图4，本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法中的S202的波形分析的具体过程可以通过如下步骤实现：

S301、根据预设第一检波阈值与接收的反射的激光信号的交叉位置，得到反射的激光信号对应的接收时间；

S302、以交叉位置作为基准位置，得到反射的激光信号的幅度值。

具体的，对于固定阈值检测而言，取预设第一检波阈值与光电探测器将反射的激光信号进行光电转换后的模拟电信号的波形上升段交叉位置为接收时间，再以该交叉位置为基准位置，通过波形峰值确定反射的激光信号的幅度值。

另外，参见图5，上述S202的波形分析还可以通过如下步骤进行具体实现：

S401、对接收的反射的激光信号进行微分变换处理，得到微分变换处理后的激光信号；

S402、根据预设第二检波阈值与微分变换处理后的激光信号的交叉位置，得到反射的激光信号对应的接收时间；

S403、以交叉位置作为基准位置，得到反射的激光信号的幅度值。

具体的，对于微分过零检测而言，取模拟电信号微分变化处理后的微分波形与预设第二检波阈值(即零电平)的交叉位置为接收时间，再以该交叉位置为基准位置，通过波形峰值确定反射的激光信号的幅度值。其种，该波形峰值包括微分波形的正峰值、负峰值、原始脉冲峰值或其组合数据。

为了对反射的激光信号进行数字化的分析处理，本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法还可以通过数字手段实现上述测距功能，并可以将提取的幅度值与测量距离值对应保存。那么，上述S202的波形分析过程，具体通过如下步骤实现，参见图6所示的流程图，所述方法还包括：

S501、对反射的激光信号进行光电转换处理，得到对应的模拟电信号；

S502、对模拟电信号进行模数转换处理，得到对应的数字电信号；

具体的，对于固定阈值检测和微分过零检测对应的模拟信号分析而言，其对应的幅度值要进行进一步的转换，因此，本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法还可以直接对原始反射的激光信号进行数字化处理，得到对应的数字电信号。

S503、对数字电信号进行波形分析，得到数字电信号的幅度值和对应的接收时间。

考虑到对于数字电信号的波形分析过程与上述反射的激光信号进行波形分析过程类似，则对应于固定阈值检测方法而言，上述S503对应的数字电信号的分析过程，参见图7，具体可以通过如下步骤实现：

S601、根据预设第三检波阈值与数字电信号的交叉位置，得到数字电信号对应的接收时间；

S602、以交叉位置作为基准位置，得到数字电信号的幅度值；

具体的，对于数字化的固定阈值检测而言，取预设第三检波阈值与数字电信号的波形上升段交叉位置为接收时间，再以该交叉位置为基准位置，通过波形峰值确定反射的激光信号对应的数字电信号的幅度值。

另外，对应于微分过零检测方法，上述S503对应的数字电信号的分析过程，参见图8，具体可以通过如下步骤实现：

S701、对数字电信号进行微分变换处理，得到微分变换处理后的数字电信号；

S702、根据预设第二检波阈值与微分变换处理后的数字电信号的交叉位置，得到数字电信号对应的接收时间；

S703、以交叉位置作为基准位置，得到数字电信号的幅度值。

具体的，对于数字化的微分过零检测而言，取微分变化处理后的微分波形与预设第二检波阈值(即零电平)的交叉位置为接收时间，再以该交叉位置为基准位置，通过波形峰值确定反射的激光信号对应的数字电信号的幅度值。其种，该波形峰值包括微分波形的正峰值、负峰值、原始脉冲峰值或其组合数据。

为了更好的对上述得到的测量距离值和幅度值进行拟合分析，上述S103的拟合分析过程，参见图9，具体通过如下步骤实现：

S801、根据预设位置对应的真实距离值对每个测量距离值均进行差值分析，得到对应的多个测距偏差值；

S802、对多个测距偏差值和对应的多个幅度值进行拟合的分析处理，得到对应的拟合函数关系。

具体的，本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法对于不同反射率的靶标所对应的测量距离值，首先根据预设位置所对应的真实距离值对上述测量距离值进行差值分析，得到对应与每个靶标的多个测距偏差值，然后再根据多个测距偏差值和对应的多个幅度值，建立对应的拟合函数关系，最后根据该拟合函数关系对激光测距仪的任一测量距离值进行校正。

其中，上述S802的拟合过程，具体通过如下步骤实现，参见图10所示的流程图，所述方法还包括：

S8021、将多个测距偏差值和对应的多个幅度值构成离散的函数点集；其中，测距偏差值为因变量，幅度值为自变量；

S8022、按照多项式方法对函数点集进行拟合分析处理，得到对应的拟合函数关系；其中，拟合函数关系与函数点集最接近。

具体的，上述拟合的原理是指已知某函数的若干离散函数值{f1,f2,…,fn}，通过调整该函数中若干待定系数f(λ1,λ2,…,λn)，使得该函数与已知点集的差别(最小二乘意义)最小。在本发明实施例中，根据多个测距偏差值和对应的多个幅度值构成对应的函数点集，且以测距偏差值为因变量，幅度值为自变量。然后再利用多项式方法对函数点集进行拟合分析处理，得到对应的拟合函数关系；其中，拟合函数关系与函数点集最接近，即上述拟合函数关系与函数点集的差别是最小的。

本发明实施例所提供的激光测距仪校正方法还能够对上述拟合函数关系进行细化，以提高拟合函数关系的采样点数，进一步提高后续校正的精确度，参见图11，所述方法还包括：

S901、从拟合函数关系中找到超过预设斜率变化率的部分拟合函数关系；

S902、根据预存的靶标的反射率和对应的幅度值之间的匹配关系，得到部分拟合函数关系所对应的反射率区间；

S903、在反射率区间内增加新的反射率所对应的靶标。

具体的，对于测距偏差值和幅度值所拟合得到的拟合函数关系而言，首先寻找超过预设斜率变化率(即曲线斜率变化率较丰富)的部分拟合函数关系，然后根据预存的根据预存的靶标的反射率和对应的幅度值之间的匹配关系，得到部分拟合函数关系所对应的反射率区间，在对应的反射率区间适当的细化反射率，增加对应的靶标，然后将增加的靶标进行预设位置的设置和对应的反射激光信号的波形分析，通过波形分析后的幅度值和测量距离值细化函数点集，进一步提高后续拟合函数关系校正的精确度。

本发明实施例提供的激光测距仪校正方法，与现有技术中的过零检测方法，由于信号放大链路的非线性特性而存在幅相误差，导致距离测量的不精确相比，其首先将多个靶标依次设置在激光测距仪的同一个预设位置，即以同一个位置处的不同反射率靶标作为实施条件，然后再利用激光测距仪对每个靶标均进行反射的激光信号的波形分析，得到波形分析后的幅度值和对应的测量距离值，然后将上述所有的幅度值和测量距离值进行拟合分析，并利用拟合分析得到的拟合函数关系对测量距离值进行校正，得到校正距离值，上述方法通过对测量距离值的拟合校正，最大限度的降低了由于反射率的不同所造成的幅相误差，从而提高了距离测量的精确度。

本发明实施例所提供的进行激光测距仪校正方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。