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基于激光扫描原理的路径检测方案

发布时间:2020-07-21 18:20:25 阅读: 来源:切條机厂家

引言

本文引用地址:飞思卡尔智能车比赛的赛道,由白色泡沫材料及其中心的黑色引导线组成,对赛道信息捕获的效果好坏,直接决定着智能车的速度及控制性能。通常采用的路径检测方式,不外乎CCD与光电两种。CCD方案具有先天的优势,不仅能得到赛道的丰富信息,而且可实现远距离的前瞻,对车模重量及稳定性的影响也很小;而光电方案受传感器数量、车模重量及稳定性所限,获得的赛道信息十分有限,前瞻距离也不足,使得使用光电管方案的队伍成绩普遍不如使用CCD方案的队伍。

是否光电方案就真的不可能得到连续的、前瞻性好的信息呢?设想如果只用一对光电发射/接收传感器,利用光学装置让发射光线形成一条高速扫描线,就可以得到一行完整的赛道信息,如果有3个这样的装置,即可获得赛道曲率和角度。另外,如果使用能量高度集中的激光作为光源,则检测距离可大大增加。正是基于这种想法,我们想到了利用条码扫描仪中的激光扫描器。

激光扫描器正是利用快速摆动(或旋转)的镜面,反射能量高度集中的激光束,使激光束的出射角度随着反射镜的运动产生连续的变化,从而投射出一条扫描线。虽然只有一个光电检测器和一个光源,但由于反射镜的高扫描频率,使得扫描器几乎可以同时得到一行的图像信息。当然,我们还需要做许多额外工作,才能将条码扫描器应用于路径检测。

激光扫描器检测基本原理

激光扫描器的基本原理与基于红外路径探测的原理类似,但存在如下不同点:

激光扫描器通常使用波长为650nm的激光管作为光源,能量高度集中,远距离时光束发散角仍然很小,检测距离远且分辨率高,而红外光电检测方案,其光源发射角大,检测距离有限且分辨率低。 激光扫描器增加一个可控的振镜或旋转棱镜,实现动态扫描检测,可以获得一维图像信息,利用多个(通常3个就足够了)一维激光扫描器,可以获得与CCD方案近似的图像信息,而一对红外光电传感器仅能获得一个“像素”信息,要想获得足够的赛道信息,必需足够多的光电传感器,受规则所限的同时还要考虑到车模重量及稳定性,相对于CCD方案,光电方案获得的信息十分有限。我队所使用激光扫描器原理如下。

光学部分

如图1所示,激光扫描器光学部分包含如下装置:激光二极管、准直透镜、平面镜、凹面镜、滤光片、光敏二极管、振镜。振镜由三部分组成:反射镜、固定于反射镜背面的永磁铁和用于固定反射镜的支架,支架可在一定角度内自由旋转。由激光管发出的光线经准直透镜聚焦后,成为平行光进入平面镜,经平面镜反射后穿过凹面镜中央的小孔,抵达振镜,由于振镜的周期运动改变其角度,故光束由振镜的出射角亦作周期变化,形成扫描线。与此同时,出射光在赛道上的漫反射光线通过振镜镜面,进入凹面镜的聚焦范围,经凹面镜聚焦后的光线,通过中心波长为650nm的滤光片滤除干扰光后,由光敏二极管转换成与光强相对应的光电流,再由后续硬件电路处理。

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