一种三维激光扫描信号同步及修正方法

摘要

利用可编程逻辑器件(FPGA)对激光测距传感器的输出信号进行解码，得出被测点距离L；同步采集并修正激光测距模块的扫描光轴OE与两个扫描轴的夹角α，β，利用几何关系计算出被扫描点E的三维空间坐标(x，y，z)。该方法由下述部分构成：UART同步监控及解码模块；水平轴角度解码模块；垂直轴角度解码模块；水平轴转速计算模块；垂直轴转速计算模块；锁存器；角度位置修正模块；以及数据输出接口。各个部分功能全部由可编程逻辑器件(FPGA)实现。本发明能够快速实现扫描旋转轴的角度位置与激光测距模块的高精度数据同步，并且不需要激光测距模块输出同步信号，功能模块化，操作简单、提高了数据同步精确性。

主权项

一种三维激光扫描信号同步及修正方法，其步骤为：A、UART同步监控及解码：利用可编程逻辑器件(FPGA)对激光测距传感器的输出信号进行采集和解码，并在检测到激光测距传感器的有效数据L后，输出一个同步信号Sync，用来同步锁存该时刻对应的两个扫描轴的夹角α′、β′和转速ωα、ωβ，该时刻相对于激光测距传感器的实际测量触发时刻有一个δ的延时，通过对δ参数的调整可以调整数据的同步精度；B、水平轴角度解码：利用可编程逻辑器件(FPGA)对水平扫描轴的角度编码器信号进行解码，得到水平扫描轴的实时角度位置信息α′；C、垂直轴角度解码：利用可编程逻辑器件(FPGA)对垂直扫描轴的角度编码器信号进行解码，得到垂直扫描轴的实时角度位置信息β′；D、水平轴转速计算：利用可编程逻辑器件(FPGA)对水平扫描轴的角度解码输出的角度数据进行计算，得出水平扫描轴的转速ωα，利用水平扫描轴的转速ωα数据并结合UART同步监控及解码输出的Sync信号相对于激光测距传感器的实际测量触发时刻有一个延时δ，可以实现数据同步精度的修正；E、垂直轴转速计算：利用可编程逻辑器件(FPGA)对垂直扫描轴的角度解码输出的角度数据进行计算，得出垂直扫描轴的转速ωβ，利用垂直扫描轴的转速ωβ数据并结合UART同步监控及解码输出的Sync信号相对于激光测距传感器的实际测量触发时刻有一个延时δ，实现数据同步精度的修正；F、水平轴数据锁存：利用可编程逻辑器件(FPGA)实现锁存器，用来锁存水平扫描轴的角度解码和转速计算对应于UART同步监控及解码输出Sync时刻的角度α′及转速ωα；G、垂直轴数据锁存：利用可编程逻辑器件(FPGA)实现锁存器，用来锁存垂直扫描轴的角度解码和转速计算对应于UART同步监控及解码输出Sync时刻的角度β′及转速ωβ；H、角度位置修正：将锁存的角度α′及转速ωα数据，锁存的角度β′及转速ωβ，按照α＝α′‑δ*ωα，β＝β′‑δ*ωβ公式计算，通过调整延时参数δ实现数据同步精度的调整，实现对数据同步精度的修正；I、数据输出：将激光测距传感器测得的距离L、修正后的两个扫描轴的角度数据α，β按照所需的数据格式输出。