一种红外线测距系统及其测距方法与流程

本发明涉及红外传感器及红外成像技术领域，尤其涉及一种红外线测距系统及其测距方法。

背景技术：

红外成像技术是一项前途广阔的高新技术。比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线，又称红外辐射。是指波长为0.78—1000微米的电磁波，其中波长为0.78—2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0—1000微米的部分称为热红外线。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测量目标本身与背景间的红外线差可以得到不同的热红外线形成的红外图像。现有的红外热成像技术较为成熟，在民用领域也有一定使用，其不受电磁干扰，探测能力强，作用距离远，在视频监控、目标识别、火灾智能监控与识别方面有着优秀表现。在家庭娱乐，商业推广等方面也有着巨大的潜力。红外热成像技术的优点多，应用广，因而最具发展潜力。

而目前红外焦平面阵列探测器有两种类型：一是低温致冷工作的光量子型焦平面阵列探测器；二是非致冷工作的二极焦平面阵列探测器。虽然，目前第二种非致冷焦平面阵列探测器的灵敏度，要低于光量子型阵列，但其性能可以满足大多数的军事和几乎所有的民用。因此，采用非致冷工作的焦平面阵列探测器的红外热成像仪，能真正实现小型化、低价格，是未来小型低成本应用的主流。

在基础学科研究中，传感器具有突出的地位。现代科学技术的发展进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距。其中激光测距是靠激光束照射在物体上反射回来的激光束探测物体的距离。由于受恶劣的天气、污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在几乎还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有人做过研究，由于采用特殊专用元件使其价格高，难以推广。

红外线作为一种特殊的光波，具有光波的基本物理传输特性—反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统成本低廉，性能优良，便于民用推广。红外线测距传感器有它的几个特点：可远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；有同步输入端，可多个传感器同步测量；测量范围广，响应时间短；外形设计紧凑，易于安装，便于操作；所以它的应用价值比较高。另外红外测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到红外测距仪。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。当前红外测距仪的发展趋势是向测量更安全、测量精度高、系统能耗小、体积小型化方向发展。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种红外线测距系统及其测距方法，其红外图像清晰，且可以进行动态判断，使一些画面要求较高，控制精度准确的方案得以实现。

为解决现有技术中存在的问题，采用的具体技术方案是：

一种红外线测距系统，其包括红外线发射装置、红外接收装置、单片机、显示装置；所述红外线发射装置投射近红外光谱，照射到粗糙物体、或穿透毛玻璃后，光谱发生扭曲，并形成随机的反射斑点；所述红外接收装置用于接收反射斑点的光信号，并管将光信号转化为电信号并放大；所述单片机通过a/d装换将电信号转换为数字信号，并将数字信号解码换频，形成电压值，将电压转换为对应的距离；所述显示装置将经单片机转化后的距离显示出来。

本发明还提供了一种红外成像测距方法，其包括以下步骤：

s1、单片机初始化，并读取从红外接收管发出电压信号的实时数据；

s2、a/d转换器通过a/d转换，将电压信号转换为单片机能够处理的数字信号；

s3、将数字信号解码换频，显示成电压值；

s4、计算电压值对应距离；

s5、反复初始化数据，采集数据，进一步精度计算；

s6、将变化的电压转换为距离，显示距离。

优选的，所述a/d转换器由比较器、d/a转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成。

进一步优选的，所述a/d转换器采用逐次逼近法得到数字量的输出。

更进一步优选的，所述逐次逼近法的转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入d/a转换器，经d/a转换后生成的模拟量送入比较器，称为vo，将vo与送入比较器的待转换的模拟量vi进行比较，若vo<vi，该位1被保留，否则被清除；然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送d/a转换器，输出的vo再与vi比较，若vo<vi，该位1被保留，否则被清除；重复此过程，直至逼近寄存器最低位；转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。

再进一步优选的，实际距离的计算公式为：

实际距离＝2547.8/((float)采样数据*0.49-10.41)-0.42。

其中，步骤s5中距离精度计算的方法为：将前n次得到的电压数据结合距离数据，在内存缓冲保留；待目标物理距离变化后，继续采集n次电压数据和距离数据；如此3次以上，得出当前环境的电压距离变量关系值，获得变量关系常数k；在之后的距离转化计算中，加入常数k提高精度和准确度。

通过采用上述方案，本发明的一种红外线测距系统及其测距方法与现有技术相比，其技术效果在于：

本发明在传统的红外线热成像系统的基础上，构筑了整体的图像识别、分离、再构成的方案，尤其在于实时动态捕捉。使得单纯模式的红外图像变得清晰，而且可以进行动态判断，使一些画面要求较高，控制精度准确的方案得以实现。

附图说明

图1为本发明红外线测距系统的系统原理图；

图2为本发明红外线测距系统的测量方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实例并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明传感器的硬件组成为：

1、红外摄影机：主动投射近红外光谱，照射到粗糙物体、或是穿透毛玻璃后，光谱发生扭曲，会形成随机的反射斑点，即散斑，进而能被外摄像头读取。

2、红外摄像头：分析红外光谱，创建可视范围内的人体、物体的深度图像。

3、单片机。

本发明采用红外成像测距的方法为：

1、启动应用程序，硬件设备并初始化。

2、连接数据内容初始化。之后实时读取数据。

3、由于单片机不能直接处理红外接收管接收的电压信号，所以先通过ad转换，将信号转换为单片机能够处理的数字信号。

4、将数字信号解码换频，显示成电压值。

5、计算电压值对应距离，并反复初始化数据，采集数据。

6、进一步精度计算。

7、将变化的电压转换为距离，显示距离。

采用逐次逼近法的a/d转换器是由一个比较器、d/a转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成。

基本原理是：从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。

逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入d/a转换器，经d/a转换后生成的模拟量送入比较器，称为vo，与送入比较器的待转换的模拟量vi进行比较，若vo<vi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送d/a转换器，输出的vo再与vi比较，若vo<vi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。

实际距离＝2547.8/((float)采样数据*0.49-10.41)-0.42

如上公式可知大概距离，但是精度则需要更多计算。

将前n次得到的电压数据结合距离数据，在内存缓冲保留。待目标物理距离变化后，继续采集n次电压数据和距离数据。如此3次以上，得出当前环境的电压距离变量关系值。获得变量关系常数k，在之后的距离转化计算中，加入常数k提高精度和准确度。最后将距离信息显示输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、均包含在本发明的保护范围之内。