CN111474515A - 光导航方法和装置以及伸缩门 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光导航方法和装置以及伸缩门，其中光导航方法用于对物体的运动进行导航，包括步骤：从物体的头端和尾端中的一端发射光束；在物体的头端和尾端中的另一端上采用至少两个CMOS传感器接收光束；基于每个COMS传感器在光束照射形成的感光强度分布获取偏移角度；以及结合两个CMOS传感器的偏移角度调整物体的运动方向。方法中每个CMOS传感器所产生的干扰偏差将在数值中和中去除，提高了光导航系统的抗干扰能力。安装初始或运动初始的感光强度分布考虑在内，由此在安装过程中即使未安装到精准的中心位置也不会影响后续使用过程中的导航精度，降低了安装难度，减少了安装时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种光导航方法及装置以及伸缩门。
背景技术
目前，为了控制物体的运动，通常在物体上安装导航装置，实时监测物体的运动状态，并及时按照需要调整其运动方向。例如，大量应用于工业园、厂区及机关单位的大门口的伸缩门，为了确保其顺利开启和关闭，通常在该伸缩门上安装激光导航装置，用于控制门在伸缩过程中不偏离方向。上述激光导航装置基于光接收器是否能接收到激光信号来判断是否发生运动偏离，由此引发的问题是，要求伸缩门在安装时务必精准，如若在安装时即有偏差，则无法在运动中再有效校准，从而提高了安装难度，对安装人员提出了更高的要求，通常非专业人员难于完成。另一方面，仅采用一个光接收器只能判断是否发生了偏离，而不能获取偏离的具体角度，无法进行偏离校准。虽然现有技术采用多个光接收器来粗略判断偏移角度，但是一个光接收器仅能获取一个偏移角度，因此能够获取的偏移角度非常有限，且精度低，同时额外增加的光接收器增加了成本，而且受限于运动物体的安装条件，实用性不高。
发明内容
本发明针对现有技术中光导航装置难于精准安装且测试精度低问题，提供一种光导航方法、光导航装置以及应用了上述光导航装置和光导航方法的伸缩门。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种光导航方法，用于对物体的运动进行导航，方法包括步骤：
光发射步骤：从物体的头端和尾端中的一端发射光束；
光接收步骤：在物体的头端和尾端中的另一端上采用至少两个CMOS传感器接收光束；
偏移计算步骤：基于每个COMS传感器在光束照射形成的感光强度分布获取偏移角度；以及
运动调整步骤：结合两个CMOS传感器的偏移角度调整物体的运动方向。
优选地，偏移计算步骤包括：
在CMOS传感器的多个感光点中提取中心感光点和感光强度极大感光点；以及
取中心感光点与感光强度极大感光点之间的偏差作为COMS传感器的偏移角度。
优选地，运动调整步骤包括：
设一个CMOS传感器的偏移角度为正值，另一个CMOS传感器的偏移角度为负值；
取两个CMOS传感器的偏移角度之和作为物体的最终偏移角度；以及
基于最终偏移角度调整物体的运动方向。
优选地，光发射步骤包括：在两个CMOS传感器的连线的中心垂线上发射红外光束。
本申请还构造了一种光导航装置，采用上述任一项的光导航方法对物体的运行进行导航，光导航装置包括：设于物体的头端和尾端中的一端用于发射光束的光发射器、以及设于物体的头端和尾端中的另一端的至少一组CMOS传感器，其中一组CMOS传感器包括间隔开排布的两个CMOS传感器。
优选地，一组CMOS传感器中的两个CMOS传感器位于同一水平面中。
优选地，光导航装置还包括另一组CMOS传感器，不同组的CMOS传感器位于不同的水平面中。
本申请还构造了一种伸缩门，包括上述任一项的光导航装置；其中，用于发射光束的光发射器设于伸缩门的头端和尾端中的一端上，至少一组CMOS传感器设于伸缩门的头端和尾端中的另一端上。
优选地，伸缩门的头端为运动的自由端，尾端为固定的连接端。
优选地，光导航装置基于一组CMOS传感器的偏移角度调整伸缩门的自由端的运动方向。
实施本发明具有以下有益效果：在上述光导航方法、光导航装置以及应用了该光导航装置和光导航方法的伸缩门中，采用一组CMOS传感器中的两个CMOS传感器分别计算物体(例如伸缩门)在运动过程中的偏移角度，并结合两个CMOS传感器的偏移角度调整物体的运动方向，从而可以有效去除测量过程中产生的干扰信号，例如可以在两个偏移角度的中和运算中相减掉误差而彼此抵消干扰信号带来的影响，从而有效地提高了光导航系统的抗干扰能力，继而提高了导航精度，使得物体或伸缩门的运动更为精准，即使在大磁场环境中也能降低干扰，确保精度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是依据本发明第一实施例的光导航装置的结构示意图；
图2是依据本发明第二实施例的光导航装置的结构示意图；
图3是本发明光导航方法的流程图；
图4是本发明伸缩门的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
依据本发明的光导航装置通常安装于可运动的物体上，用于监测物体的运动状态，并根据所监测的运动状态实时调整物体的运动方向，避免物体的运动发生偏离。参阅图1，示出了依据本发明第一实施例的光导航装置的结构示意图，该光导航装置包括：设于物体2的头端21和尾端22中的一端用于发射光束的光发射器110、以及设于物体2的头端21和尾端22中的另一端的至少一组CMOS传感器，其中一组CMOS传感器包括间隔开排布的两个CMOS传感器121,122。
光发射器110可以设于头端21和尾端22中的任一个，例如图中光发射器110设于头端21；一组CMOS传感器121,122设于光发射器110相对的另一端，例如当光发射器110设于头端21时，一组CMOS传感器121,122则设于尾端22。头端21和尾端22的表述是相对，与物体2的运动方向相关，通常物体2沿着尾端22指向头端21的方向运动。
光发射器110可以是红外光发射器110，例如LED红外灯，发射单一波长的红外光束。
CMOS传感器121,122为常规器件，例如可以选择S13131型号的CMOS线阵图像传感器。一组CMOS传感器中的两个CMOS传感器121,122间隔开排布，优选地位于同一水平面中，当物体2在具有坡度的表面运动时，两个CMOS传感器121,122可以位于与运动表面平行的平面内，避免坡度带来的误差，因此本方案同样适用于坡面运动物体的导航。光发射器110与CMOS传感器121,122分别位于物体2的头端21或尾端22，在一优选实施方式中，光发射器110位于两个CMOS传感器121,122的连线a的中心垂线b上。上述光发射器110和CMOS传感器121,122的位置可以在出厂时固定设置完成，无需根据使用场景进行现场安装调试。
光导航装置可以包括多组CMOS传感器，每组传感器中包括两个CMOS传感器，不同组的CMOS传感器位于不同的平行平面中，例如不同组的CMOS传感器可以位于不同的水平面中。参阅图2，在本发明的第二实施例中，光导航装置可以包括两组CMOS传感器121,122，第一组CMOS传感器121,122所处的平面与第二组CMOS传感器123,124所处的平面平行。
将上述光导航装置安装于物体2上后，即可实施光导航方法对物体2的运行进行导航。参阅图3，示出了依据上述任一光导航装置实施的光导航方法的流程图，该方法包括步骤：
光发射步骤：从物体的头端和尾端中的一端发射光束；
光接收步骤：在物体的头端和尾端中的另一端上采用至少两个CMOS传感器接收光束；
偏移计算步骤：基于每个COMS传感器在光束照射形成的感光强度分布获取偏移角度；以及
运动调整步骤：结合两个CMOS传感器的偏移角度调整物体的运动方向。
具体地，在光发射步骤中，光发射器可以向一组或多组CMOS传感器发射光束，例如发射单一波长的红外光束。
在光接收步骤中，CMOS传感器接收到光束的照射，即利用单一波长的光束，通过小孔后，照射到CMOS的感光片上，不同的光强在CMOS的感光点上将产生不同的电压，电压值代表了感光点处的感光强度，电压值越高，感光强度越大。例如，可以先利用红外滤光片过滤，让进入CMOS片上的光只有单一波长的红外光，让这些红外光照射到CMOS上，当采用S13131型号CMOS线阵图像传感器时，此IC有1536点感光点，每个感光点上因光束照射产生对应的电压，形成感光强度分布。
在偏移计算步骤的优选实施方式中，首先在CMOS传感器的多个感光点中提取中心感光点和感光强度极大感光点；随后取中心感光点与感光强度极大感光点之间的偏差作为COMS传感器的偏移角度。
仍以S13131型号CMOS线阵图像传感器为例，光束照射下，此IC有1536点感光点，每个感光点上因光束照射产生对应的电压。假如出厂设置时光发射器(如LED红外灯)的中心与S13131CMOS传感器的中心点正对，则1～1536个感光点中，中心感光点(即第1536/2＝768个感光点)的电压是最高的，即中心感光点与感光强度极大感光点重合，此时可认为偏移角为0。当CMOS传感器在物体的运功过程中位置发生改变，偏离了光发射器的中心线，则即中心感光点与感光强度极大感光点不再重合时，CMOS传感器内的感光强度极大感光点将不是第768个感光点了，假如变为了第668个感光点，则768-668＝100，此100的值与偏移角度相关，可认为这个100数值就是此时的相对偏移角度。
在运动调整步骤的优选实施中，在一组CMOS传感器中，设一个CMOS传感器的偏移角度为正值，另一个CMOS传感器的偏移角度为负值；取两个CMOS传感器的偏移角度之和作为物体的最终偏移角度；以及基于最终偏移角度调整物体的运动方向。
仍以S13131型号CMOS线阵图像传感器为例，出厂设置时两个CMOS传感器的第768个感光点均为中心感光点，现场安装调试后或运动初始，左右两个CMOS传感器的中心感光点例如分别为：第668个感光点和第868个感光点。在物体的具体运动中，当运动发生偏移而造成CMOS传感器偏移后，产生了新的感光强度极大感光点，例如分别为第568个感光点和第768个感光点，则此时物体的相对偏移量为：(568+768)/2-(668+868)/2＝-100，此值的+，-符号代表运动物体是往左还是往右偏，100就是相对角度偏移量，此绝对值越大，代表门的偏移越严重，此值可以用于门的纠偏控制。
在此次过程中，每个CMOS传感器所产生的干扰偏差将在数值中和中去除，即测量过程中产生的干扰信号会在中和运算中相减掉而彼此抵消，从而有效地提高了光导航系统的抗干扰能力。偏移计算过程中将安装初始或运动初始的感光强度分布考虑在内，例如第668个感光点和第868个感光点可以作为实际中心感光点，由此在安装过程中即使未安装到精准的中心位置也不会影响后续使用过程中的导航精度，例如后续的相对偏移量计算中采用了这两个感光点数值加入计算，因此降低了安装难度，减少了安装时间和成本。
运动调整步骤中，基于获取的物体运动偏移的方向和具体偏移角度，及时调整物体的运动方向，使其按照预定的方向运动。
上述光导航装置及方法的具体应用场景可以伸缩门，即上述运动的物体为伸缩门，上述光导航装置可以安装于伸缩门上，以对其伸缩进行调整，避免其偏离既定的运动方向。
具体地，用于发射光束的光发射器设于伸缩门的头端31和尾端32中的一端上，至少一组CMOS传感器121,122设于伸缩门的头端31和尾端32中的另一端上。参阅图4，在一具体伸缩门中，伸缩门的头端31为运动的自由端，一组或多组CMOS传感器121,122设于该自由端上，并随自由端运动；尾端32为固定的连接端，例如安装于墙体上，光发射器110设于该连接端上。光导航装置基于至少一组CMOS传感器的偏移角度调整伸缩门的自由端的运动方向。
综上，在上述光导航方法、光导航装置以及应用了该光导航装置和光导航方法的伸缩门中，采用一组CMOS传感器中的两个CMOS传感器分别计算物体(例如伸缩门)在运动过程中的偏移角度，并结合两个CMOS传感器的偏移角度调整物体的运动方向，从而可以有效去除测量过程中产生的干扰信号，例如可以在两个偏移角度的中和运算中相减掉误差而彼此抵消干扰信号带来的影响，从而有效地提高了光导航系统的抗干扰能力，继而提高了导航精度，使得物体或伸缩门的运动更为精准，即使在大磁场环境中也能降低干扰，确保精度。
且，因采用两个CMOS传感器并结合两者独立采集的偏移数据进行导航，只需要在后续的偏移计算过程中将安装初始或运动初始的感光强度分布考虑在内即可，由此在安装过程中即使未安装到精准的中心位置也不会影响后续使用过程中的导航精度，因此降低了安装难度，减少了安装时间和成本。
另，测量偏移过程中基于光束照射形成的感光强度分布获取每个COMS传感器的偏移角度，不仅可以判断是否发生偏移，而且还可以判断发生偏移的角度大小，提高了导航精度的同时，无需额外的器件，减少了成本。
另，因结合两个CMOS传感器的感光强度分布来获取偏移角度，对光发射器和CMOS传感器的安装位置并无特别要求，例如，光发射器既可以设置在运动的头端，也可以设置在尾端，CMOS传感器亦然，从而提高了安装适配性。与此同时，一组CMOS传感器中的两个CMOS传感器可以安装于斜平面内，以适配在坡度表面上运动的物体，例如可以适用于安装于坡面上的伸缩门。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种光导航方法，用于对物体的运动进行导航，其特征在于，所述方法包括步骤：
光发射步骤：从所述物体的头端和尾端中的一端发射光束；
光接收步骤：在所述物体的头端和尾端中的另一端上采用至少两个CMOS传感器接收所述光束；
偏移计算步骤：基于每个COMS传感器在所述光束照射形成的感光强度分布获取偏移角度；以及
运动调整步骤：结合两个所述CMOS传感器的偏移角度调整所述物体的运动方向。
2.根据权利要求1所述的光导航方法，其特征在于，所述偏移计算步骤包括：
在所述CMOS传感器的多个感光点中提取中心感光点和感光强度极大感光点；以及
取所述中心感光点与所述感光强度极大感光点之间的偏差作为所述COMS传感器的偏移角度。
3.根据权利要求1所述的光导航方法，其特征在于，所述运动调整步骤包括：
设一个所述CMOS传感器的偏移角度为正值，另一个所述CMOS传感器的偏移角度为负值；
取两个所述CMOS传感器的偏移角度之和作为物体的最终偏移角度；以及
基于所述最终偏移角度调整所述物体的运动方向。
4.根据权利要求1所述的光导航方法，其特征在于，所述光发射步骤包括：在两个所述CMOS传感器的连线的中心垂线上发射红外光束。
5.一种光导航装置，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的光导航方法对物体的运行进行导航，所述光导航装置包括：设于所述物体的头端和尾端中的一端用于发射光束的光发射器、以及设于所述物体的头端和尾端中的另一端的至少一组CMOS传感器，其中所述一组CMOS传感器包括间隔开排布的两个CMOS传感器。
6.根据权利要求5所述的光导航装置，其特征在于，所述一组CMOS传感器中的两个CMOS传感器位于同一水平面中。
7.根据权利要求6所述的光导航装置，其特征在于，所述光导航装置还包括另一组CMOS传感器，不同组的CMOS传感器位于不同的水平面中。
8.一种伸缩门，其特征在于，包括权利要求4-7任一项所述的光导航装置；其中，用于发射光束的光发射器设于所述伸缩门的头端和尾端中的一端上，至少一组CMOS传感器设于所述伸缩门的头端和尾端中的另一端上。
9.根据权利要求8所述的伸缩门，其特征在于，所述伸缩门的头端为运动的自由端，所述尾端为固定的连接端。
10.根据权利要求9所述的伸缩门，其特征在于，所述光导航装置基于所述一组CMOS传感器的偏移角度调整所述伸缩门的自由端的运动方向。
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