基于激光掃描原理的路徑檢測方案
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引言
本文引用地址：http://www.104case.com/article/95474.htm飛思卡爾智能車比賽的賽道，由白色泡沫材料及其中心的黑色引導線組成，對賽道信息捕獲的效果好壞，直接決定著智能車的速度及控制性能。通常采用的路徑檢測方式，不外乎CCD與光電兩種。CCD方案具有先天的優勢，不僅能得到賽道的豐富信息，而且可實現遠距離的前瞻，對車模重量及穩定性的影響也很小;而光電方案受傳感器數量、車模重量及穩定性所限，獲得的賽道信息十分有限，前瞻距離也不足，使得使用光電管方案的隊伍成績普遍不如使用CCD方案的隊伍。
是否光電方案就真的不可能得到連續的、前瞻性好的信息呢?設想如果只用一對光電發射/接收傳感器，利用光學裝置讓發射光線形成一條高速掃描線，就可以得到一行完整的賽道信息，如果有3個這樣的裝置，即可獲得賽道曲率和角度。另外，如果使用能量高度集中的激光作為光源，則檢測距離可大大增加。正是基于這種想法，我們想到了利用條碼掃描儀中的激光掃描器。
激光掃描器正是利用快速擺動(或旋轉)的鏡面，反射能量高度集中的激光束，使激光束的出射角度隨著反射鏡的運動產生連續的變化，從而投射出一條掃描線。雖然只有一個光電檢測器和一個光源，但由于反射鏡的高掃描頻率，使得掃描器幾乎可以同時得到一行的圖像信息。當然，我們還需要做許多額外工作，才能將條碼掃描器應用于路徑檢測。
激光掃描器檢測基本原理
激光掃描器的基本原理與基于紅外路徑探測的原理類似，但存在如下不同點：
- 激光掃描器通常使用波長為650nm的激光管作為光源，能量高度集中，遠距離時光束發散角仍然很小，檢測距離遠且分辨率高，而紅外光電檢測方案，其光源發射角大，檢測距離有限且分辨率低。
- 激光掃描器增加一個可控的振鏡或旋轉棱鏡，實現動態掃描檢測，可以獲得一維圖像信息，利用多個(通常3個就足夠了)一維激光掃描器，可以獲得與CCD方案近似的圖像信息，而一對紅外光電傳感器僅能獲得一個“像素”信息，要想獲得足夠的賽道信息，必需足夠多的光電傳感器，受規則所限的同時還要考慮到車模重量及穩定性，相對于CCD方案，光電方案獲得的信息十分有限。
我隊所使用激光掃描器原理如下。
光學部分
如圖1所示，激光掃描器光學部分包含如下裝置：激光二極管、準直透鏡、平面鏡、凹面鏡、濾光片、光敏二極管、振鏡。振鏡由三部分組成：反射鏡、固定于反射鏡背面的永磁鐵和用于固定反射鏡的支架，支架可在一定角度內自由旋轉。由激光管發出的光線經準直透鏡聚焦后，成為平行光進入平面鏡，經平面鏡反射后穿過凹面鏡中央的小孔，抵達振鏡，由于振鏡的周期運動改變其角度，故光束由振鏡的出射角亦作周期變化，形成掃描線。與此同時，出射光在賽道上的漫反射光線通過振鏡鏡面，進入凹面鏡的聚焦范圍，經凹面鏡聚焦后的光線，通過中心波長為650nm的濾光片濾除干擾光后，由光敏二極管轉換成與光強相對應的光電流，再由后續硬件電路處理。
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