專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法及其測(cè)距儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像測(cè)距或稱(chēng)三維成像領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法及其測(cè)距儀。
背景技術(shù)：
成像測(cè)距或三維成像是機(jī)器視覺(jué)的關(guān)鍵部件之一，在工業(yè)、軍事、交通等領(lǐng)域有許多應(yīng)用，包括機(jī)器人自主裝配中的快速目標(biāo)識(shí)別和定位，無(wú)人駕駛汽車(chē)障礙檢測(cè)和躲避、航天飛行器精密自動(dòng)著陸、航天飛行器自主對(duì)接等。但是，目前掃描成像的三維傳感原理，由于機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)的存在和限制，使得系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性，抗振性、車(chē)(機(jī))載使用、體積等方面的性能難以有突破性的提高。因此發(fā)展無(wú)掃描器的三維成像技術(shù)是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供視頻速度工作的、低成本的一種無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法及其測(cè)距儀。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一、測(cè)距方法采用脈沖信號(hào)累加模式，即在一幀內(nèi)，激光光源以周期為T(mén)、脈寬為t’發(fā)出N個(gè)脈沖光照明被測(cè)區(qū)域，其中t′≤t＜T，t＝s/c，s為距離分辨率，c為光速，被測(cè)區(qū)域內(nèi)物體的反射光經(jīng)透鏡成像在像增強(qiáng)器上，對(duì)第i個(gè)脈沖光，i＝1～N，像增強(qiáng)器僅在為0到i×t時(shí)間之內(nèi)被選通接收光信號(hào)，像增強(qiáng)器的輸出信號(hào)被攝像機(jī)接收，當(dāng)N個(gè)脈沖接收完畢后，攝像機(jī)輸出一幀圖像；脈沖信號(hào)累加模式所需的脈沖光源控制信號(hào)和像增強(qiáng)器的選通控制信號(hào)用一個(gè)調(diào)制信號(hào)發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
像增強(qiáng)器是可選通的，工作在二值輸出模式，即當(dāng)輸入光強(qiáng)度小于閾值時(shí)，輸出都為一個(gè)很小的固定值，當(dāng)輸入光強(qiáng)度大于閾值時(shí)，輸出都為一個(gè)遠(yuǎn)大于低值的固定值。
二、測(cè)距儀包括激光光源，照相鏡頭，像增強(qiáng)器，攝像機(jī)，視頻信號(hào)處理器，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器；激光光源的脈沖光照明被測(cè)物體，反射光經(jīng)照相鏡頭輸入至像增強(qiáng)器，像增強(qiáng)器的輸出接攝像機(jī)，攝像機(jī)的輸出接視頻信號(hào)處理器，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的一路脈沖控制信號(hào)接激光光源、一路選通控制信號(hào)接像增強(qiáng)器。
所說(shuō)的攝像機(jī)是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機(jī)；視頻信號(hào)處理器是個(gè)人計(jì)算機(jī)、DSP數(shù)字信號(hào)處理器或嵌入式處理器；調(diào)制信號(hào)發(fā)生器為可編程器件IspLsi1032E。
本發(fā)明具有的有益的效果是該測(cè)距儀可達(dá)到視頻速度的成像測(cè)距，且沒(méi)有機(jī)械掃描部件，具有實(shí)時(shí)性、堅(jiān)固性好的突出優(yōu)點(diǎn)，適合固定、車(chē)載、機(jī)載應(yīng)用，在工業(yè)、交通、軍事等領(lǐng)域有廣泛的用途。


圖1(a)是激光光源光脈沖脈寬圖；圖1(b)是像增強(qiáng)器選通脈沖脈寬圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中1、激光光源，2、照相鏡頭，3像增強(qiáng)器，4、攝像機(jī)，5、視頻信號(hào)處理器，6、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明包括激光光源1，照相鏡頭2，像增強(qiáng)器3，攝像機(jī)4，視頻信號(hào)處理器5，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6。激光光源1的脈沖光經(jīng)照相鏡頭2輸入至像增強(qiáng)器3，像增強(qiáng)器3的輸出接攝像機(jī)4，攝像機(jī)4的輸出接視頻信號(hào)處理器5，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6的一路脈沖控制信號(hào)接激光光源1、一路選通控制信號(hào)接像增強(qiáng)器3。
攝像機(jī)4是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機(jī)；視頻信號(hào)處理器5是個(gè)人計(jì)算機(jī)、DSP數(shù)字信號(hào)處理器或嵌入式處理器；調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6為可編程器件IspLsi1032E芯片。
激光光源1在工作時(shí)同時(shí)照明整個(gè)被拍攝的目標(biāo)區(qū)域，且工作在脈沖發(fā)光方式，被測(cè)區(qū)域內(nèi)物體的反射光經(jīng)照相鏡頭2成像被像增強(qiáng)器3接收，像增強(qiáng)器3是可選通的，工作在二值輸出模式，即當(dāng)輸入光強(qiáng)度小于閾值時(shí)，輸出都為一個(gè)很小的固定值，當(dāng)輸入光強(qiáng)度大于閾值時(shí)，輸出都為一個(gè)遠(yuǎn)大于低值的固定值。像增強(qiáng)器3的輸出被攝像機(jī)4接收，攝像機(jī)4是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機(jī)。本發(fā)明提出了一種脈沖信號(hào)累加模式，如圖1(a)和圖1(b)所示，“在一幀內(nèi)，光源1以周期為T(mén)、脈寬為t’(其中t′≤t＜T，t＝s/c，s為距離分辨率，c為光速)發(fā)出N個(gè)脈沖光照明被測(cè)區(qū)域，像增強(qiáng)器3接收被測(cè)區(qū)域內(nèi)物體的反射光。對(duì)第i個(gè)脈沖光，像增強(qiáng)器3僅在為0到i×t時(shí)間之內(nèi)接收光信號(hào)。當(dāng)N個(gè)脈沖接收完畢后，攝像機(jī)4輸出一幀圖像。這樣，圖像中目標(biāo)的強(qiáng)度與目標(biāo)的距離成反比，這就是要測(cè)的距離圖像，或稱(chēng)三維圖像?！睆臄z像機(jī)4輸出的圖像送入視頻信號(hào)處理器5，視頻信號(hào)處理器5可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其他嵌入式處理器，用戶(hù)可在這里進(jìn)行自己所需的各種處理及顯示。調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6按脈沖信號(hào)累加模式發(fā)信號(hào)，可產(chǎn)生一路信號(hào)用于控制脈沖激光光源1的發(fā)光，產(chǎn)生另一路信號(hào)用于控制像增強(qiáng)器3的選通。
下面進(jìn)一步解釋脈沖信號(hào)累加模式設(shè)被測(cè)量距離總長(zhǎng)度為S，距離分辨率為s，則一幀內(nèi)共需發(fā)出N＝S/s個(gè)脈沖，脈寬t′≤t＝s/c，c為光速。工作時(shí)，激光光源1同時(shí)照明整個(gè)被拍攝的目標(biāo)區(qū)域，且在調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6的控制下以周期為T(mén)發(fā)出一個(gè)個(gè)脈寬為t′的脈沖光，其中1/T≥N·f，f為幀頻。在光源1發(fā)出第一個(gè)脈沖光時(shí)，像增強(qiáng)器3在調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6的控制下選通，選通時(shí)間為t，這樣在距離為0～s內(nèi)的物體的反射光被像增強(qiáng)器3接收，由于像增強(qiáng)器3的輸出是二值的，所以物體像是等強(qiáng)度的，記為v。像增強(qiáng)器3的輸出被攝像機(jī)4的傳感器接收并存儲(chǔ)，攝像機(jī)4的傳感器內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度將正比于vt’。在激光光源1發(fā)出第二個(gè)脈沖光時(shí)，像增強(qiáng)器3在調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6的控制下選通，選通時(shí)間為2t，這樣在距離為0～2s內(nèi)的物體的反射光被像增強(qiáng)器3接收，像增強(qiáng)器3的輸出被攝像機(jī)4的傳感器接收、累加、存儲(chǔ)，這時(shí)在攝像機(jī)4的傳感器中，0～s距離內(nèi)的物體的信號(hào)強(qiáng)度正比于2vt’，s～2s距離內(nèi)的物體的信號(hào)強(qiáng)度正比于v’t。依次類(lèi)推，在接收了N個(gè)光脈沖后，0～s距離內(nèi)的物體的信號(hào)強(qiáng)度正比于Nvt’，s～2s距離內(nèi)的物體的信號(hào)強(qiáng)度正比于(N-1)vt’，…，(N-1)s～Ns距離內(nèi)的物體的信號(hào)強(qiáng)度正比于vt’，這時(shí)攝像機(jī)[4]輸出一幀強(qiáng)度-距離相關(guān)的圖像。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法，其特征在于采用脈沖信號(hào)累加模式，即在一幀內(nèi)，激光光源以周期為T(mén)、脈寬為t’發(fā)出N個(gè)脈沖光照明被測(cè)區(qū)域，其中t’≤t＜T，t＝s/c，s為距離分辨率，c為光速，被測(cè)區(qū)域內(nèi)物體的反射光經(jīng)透鏡成像在像增強(qiáng)器上，對(duì)第i個(gè)脈沖光，i＝1～N，像增強(qiáng)器僅在為0到i×t時(shí)間之內(nèi)被選通接收光信號(hào)，像增強(qiáng)器的輸出信號(hào)被攝像機(jī)接收，當(dāng)N個(gè)脈沖接收完畢后，攝像機(jī)輸出一幀圖像；脈沖信號(hào)累加模式所需的脈沖光源控制信號(hào)和像增強(qiáng)器的選通控制信號(hào)用一個(gè)調(diào)制信號(hào)發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法，其特征在于所說(shuō)的像增強(qiáng)器是可選通的，工作在二值輸出模式，即當(dāng)輸入光強(qiáng)度小于閾值時(shí)，輸出都為一個(gè)很小的固定值，當(dāng)輸入光強(qiáng)度大于閾值時(shí)，輸出都為一個(gè)遠(yuǎn)大于低值的固定值。
3.用于權(quán)利要求1所述的一種無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法的測(cè)距儀，其特征在于包括激光光源(1)，照相鏡頭(2)，像增強(qiáng)器(3)，攝像機(jī)(4)，視頻信號(hào)處理器(5)，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(6)；激光光源(1)的脈沖光照明被測(cè)物體，反射光經(jīng)照相鏡頭(2)輸入至像增強(qiáng)器(3)，像增強(qiáng)器(3)的輸出接攝像機(jī)(4)，攝像機(jī)(4)的輸出接視頻信號(hào)處理器(5)，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(6)的一路脈沖控制信號(hào)接激光光源(1)、一路選通控制信號(hào)接像增強(qiáng)器(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法的測(cè)距儀，其特征在于所說(shuō)的攝像機(jī)(4)是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機(jī)；視頻信號(hào)處理器(5)是個(gè)人計(jì)算機(jī)、DSP數(shù)字信號(hào)處理器或嵌入式處理器；調(diào)制信號(hào)發(fā)生器(6)為可編程器件IspLsi1032E。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)掃描器的成像測(cè)距方法及其測(cè)距儀。激光光源的脈沖光照明被測(cè)物體，反射光經(jīng)照相鏡頭輸入至像增強(qiáng)器，其輸出接攝像機(jī)，攝像機(jī)的輸出接視頻信號(hào)處理器，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的一路脈沖控制信號(hào)接光源、一路選通控制信號(hào)接像增強(qiáng)器。采用脈沖信號(hào)累加模式，即在一幀內(nèi)，光源以周期為T(mén)、脈寬為t′發(fā)出N個(gè)脈沖光照明被測(cè)區(qū)域，被測(cè)區(qū)域內(nèi)物體的反射光經(jīng)透鏡成像在像增強(qiáng)器上，對(duì)第i個(gè)脈沖光，i＝1～N，像增強(qiáng)器僅在為0到i×t時(shí)間之內(nèi)被選通接收光信號(hào)，像增強(qiáng)器的輸出信號(hào)被攝像機(jī)接收，當(dāng)N個(gè)脈沖接收完畢后，攝像機(jī)輸出一幀圖像。該測(cè)距儀可達(dá)到視頻速度的成像測(cè)距，且沒(méi)有機(jī)械掃描部件，具有實(shí)時(shí)性、堅(jiān)固性好的突出優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C3/00GK1580697SQ20041001852
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者嚴(yán)惠民 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)