基于静态图像的CCD激光测距方法的研究

随着测量技术的迅猛发展，现今对三维深度的测量常用激光测距法。然而，固定摄像机电荷耦合型CCD 器件是一种集成电路，通过CCD 可以实现光电转换信号储存、转移（传输）、输出、处理以及电子快门等一系列功能，CCD 数据率可调。因此，CCD 可适用于动态、静态等各种条件下的尺寸测量。鉴于此，本文从物理光电学及数学角度，采用CCD 激光测距法，推导了基于静态图像的CCD 激光测距的通用公式。该算法的优点是无需进行复杂的迭代计算，大大降低了计算量，且有效的提高了测量精度。分析表明：该方法计算简单、易于实现、实用价值高。我国光电测距仪的研制开始于1958 年，直至70 年代才出现了突破性的进展。1974 年12 月JCY-2 型激光测距仪研制成功，该仪器与当时国外显有威望的AGA-8 型激光测距仪相媲美。但是，近年来我国对三维深度测量技术的发展还是较国外对此方面的研究及应用稍缓一步，致使我国要以高价从国外引进此类产品。因此，对于三维深度测量核心技术在我国的研究是非常必要的。三维深度测量的研究方法尚未纯熟，目前已提出的比较接近国际技术水平的方法有：光学散焦法[1、2、3、4]、激光测距法[5、6]和双目立体视觉法[7、8]。本文提出的基于静态图像的CCD激光测距法是基于结合激光和CCD 的优势考虑的。激光具有方向性强、单色性好、高亮度、良好的相干性，可以进行空间测距，用于精密的长度测量和各种计量工作。CCD 器件是一种固体化器件，具有体积小、重量轻、电压及功耗低、可靠性高、寿命长等一系列优点。具有理想的“扫描”线性，可进行行向寻址，可变换“扫描”速度，畸变小，尺寸重现性好，特别用于尺寸测量、定位和成像传感等方面。CCD 器件的光敏元间距的几何尺寸准确，可以获得很高的定位精度和测量精度，比如东芝的2048 位 CCD 的光敏元间距可达14μm，5000 位CCD 可达7μm。CCD 数据率可调，因此可适用于动态、静态等各种条件下的测量，而且还可以利用电子快门面阵CCD 系统实现高速瞬态的记录。