基于CMOS摄像头和平行激光束测距系统设计

3 测距系统分析

采用COMS摄像头，它与CCD摄像头相比，具有生产成本低、抗干扰能力强、响应速度快等优点。固定摄像头和激光器时，要保证两个激光器的中心线和COMS摄像头的中心线在同一个竖直平面内，激光光线和摄像头成像轴完全平行，两个激光器中心线距离为H，并且可以通过改变两个激光器中心线距离，增大系统的测量范围。COMS摄像头连接到FPGA上，采用FPGA进行图像处理，利用图像预处理方法对图像进行滤波、阈值分割，能有效去除噪声对图像的影响。再通过灰度质心算法对图像进行细分，通过高斯拟合可以将光斑中心的计算精度提高，计算出两个光斑中心点的距离h’，并且根据分辨率等参数得出竖直方向整个图像帧的上下距离h。COMS摄像头的光敏面竖直高度为y，激光束中心在光敏面上成像点的距离为y’。采集到图像帧时焦距为f，被测物体离COMS摄像头距离为L。

根据简化光路图可得：

根据成像原理

有对应关系，所以距离L与两个光斑中心点的距离h’有对应关系。在实际情况中，先对COMS摄像头的测距结果进行曲线标定，使用Matlab整合出两个光斑中心点的距离h’和距离L关系曲线，最终能够通过COMS摄像头和平行激光束进行测距。与单点激光CCD镜头三角测距相比，随着距离的增大，光斑中心点的距离变化更明显，分辨率更高。

通过提高摄像头的像素数和减小激光束发出光斑，可以提高图像在每一帧上的精度，从而提高了测量精度。当测量距离较远时，通过调节两束激光之间的距离可以提高摄像头对两个光斑的识别能力，从而可以提高设备的测距范围，能够更好地应用到实际当中。

4 小结

基于CMOS摄像头和平行激光束测距系统设计，相对于单激光束三角测距测量距离更远，精度更高。当测量距离较远时，该系统可以通过调节两束激光之间的距离提高摄像头对两个光斑的识别能力，从而可以提高设备的测距范围。该测距系统成本低，携带方便。随着COMS摄像头性能和FPGA图像处理能力不断提高，未来会有更好的应用前景。