專利名稱：無掃描器的成像測距方法及其測距儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及成像測距或稱三維成像領域，尤其涉及一種無掃描器的成像測距方法及其測距儀。
背景技術：
成像測距或三維成像是機器視覺的關鍵部件之一，在工業、軍事、交通等領域有許多應用，包括機器人自主裝配中的快速目標識別和定位，無人駕駛汽車障礙檢測和躲避、航天飛行器精密自動著陸、航天飛行器自主對接等。但是，目前掃描成像的三維傳感原理，由于機械掃描機構的存在和限制，使得系統在實時性，抗振性、車(機)載使用、體積等方面的性能難以有突破性的提高。因此發展無掃描器的三維成像技術是人們關注的焦點之一。
發明內容
本發明的目的在于提供視頻速度工作的、低成本的一種無掃描器的成像測距方法及其測距儀。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一、測距方法采用脈沖信號累加模式，即在一幀內，激光光源以周期為T、脈寬為t’發出N個脈沖光照明被測區域，其中t′≤t＜T，t＝s/c，s為距離分辨率，c為光速，被測區域內物體的反射光經透鏡成像在像增強器上，對第i個脈沖光，i＝1～N，像增強器僅在為0到i×t時間之內被選通接收光信號，像增強器的輸出信號被攝像機接收，當N個脈沖接收完畢后，攝像機輸出一幀圖像；脈沖信號累加模式所需的脈沖光源控制信號和像增強器的選通控制信號用一個調制信號發生器來實現。
像增強器是可選通的，工作在二值輸出模式，即當輸入光強度小于閾值時，輸出都為一個很小的固定值，當輸入光強度大于閾值時，輸出都為一個遠大于低值的固定值。
二、測距儀包括激光光源，照相鏡頭，像增強器，攝像機，視頻信號處理器，調制信號發生器；激光光源的脈沖光照明被測物體，反射光經照相鏡頭輸入至像增強器，像增強器的輸出接攝像機，攝像機的輸出接視頻信號處理器，調制信號發生器的一路脈沖控制信號接激光光源、一路選通控制信號接像增強器。
所說的攝像機是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機；視頻信號處理器是個人計算機、DSP數字信號處理器或嵌入式處理器；調制信號發生器為可編程器件IspLsi1032E。
本發明具有的有益的效果是該測距儀可達到視頻速度的成像測距，且沒有機械掃描部件，具有實時性、堅固性好的突出優點，適合固定、車載、機載應用，在工業、交通、軍事等領域有廣泛的用途。
圖1(a)是激光光源光脈沖脈寬圖；圖1(b)是像增強器選通脈沖脈寬圖；圖2是本發明的結構原理示意圖。
圖中1、激光光源，2、照相鏡頭，3像增強器，4、攝像機，5、視頻信號處理器，6、調制信號發生器。
具體實施例方式
如圖2所示，本發明包括激光光源1，照相鏡頭2，像增強器3，攝像機4，視頻信號處理器5，調制信號發生器6。激光光源1的脈沖光經照相鏡頭2輸入至像增強器3，像增強器3的輸出接攝像機4，攝像機4的輸出接視頻信號處理器5，調制信號發生器6的一路脈沖控制信號接激光光源1、一路選通控制信號接像增強器3。
攝像機4是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機；視頻信號處理器5是個人計算機、DSP數字信號處理器或嵌入式處理器；調制信號發生器6為可編程器件IspLsi1032E芯片。
激光光源1在工作時同時照明整個被拍攝的目標區域，且工作在脈沖發光方式，被測區域內物體的反射光經照相鏡頭2成像被像增強器3接收，像增強器3是可選通的，工作在二值輸出模式，即當輸入光強度小于閾值時，輸出都為一個很小的固定值，當輸入光強度大于閾值時，輸出都為一個遠大于低值的固定值。像增強器3的輸出被攝像機4接收，攝像機4是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機。本發明提出了一種脈沖信號累加模式，如圖1(a)和圖1(b)所示，“在一幀內，光源1以周期為T、脈寬為t’(其中t′≤t＜T，t＝s/c，s為距離分辨率，c為光速)發出N個脈沖光照明被測區域，像增強器3接收被測區域內物體的反射光。對第i個脈沖光，像增強器3僅在為0到i×t時間之內接收光信號。當N個脈沖接收完畢后，攝像機4輸出一幀圖像。這樣，圖像中目標的強度與目標的距離成反比，這就是要測的距離圖像，或稱三維圖像。”從攝像機4輸出的圖像送入視頻信號處理器5，視頻信號處理器5可以是個人計算機、數字信號處理器(DSP)或其他嵌入式處理器，用戶可在這里進行自己所需的各種處理及顯示。調制信號發生器6按脈沖信號累加模式發信號，可產生一路信號用于控制脈沖激光光源1的發光，產生另一路信號用于控制像增強器3的選通。
下面進一步解釋脈沖信號累加模式設被測量距離總長度為S，距離分辨率為s，則一幀內共需發出N＝S/s個脈沖，脈寬t′≤t＝s/c，c為光速。工作時，激光光源1同時照明整個被拍攝的目標區域，且在調制信號發生器6的控制下以周期為T發出一個個脈寬為t′的脈沖光，其中1/T≥N·f，f為幀頻。在光源1發出第一個脈沖光時，像增強器3在調制信號發生器6的控制下選通，選通時間為t，這樣在距離為0～s內的物體的反射光被像增強器3接收，由于像增強器3的輸出是二值的，所以物體像是等強度的，記為v。像增強器3的輸出被攝像機4的傳感器接收并存儲，攝像機4的傳感器內產生的信號強度將正比于vt’。在激光光源1發出第二個脈沖光時，像增強器3在調制信號發生器6的控制下選通，選通時間為2t，這樣在距離為0～2s內的物體的反射光被像增強器3接收，像增強器3的輸出被攝像機4的傳感器接收、累加、存儲，這時在攝像機4的傳感器中，0～s距離內的物體的信號強度正比于2vt’，s～2s距離內的物體的信號強度正比于v’t。依次類推，在接收了N個光脈沖后，0～s距離內的物體的信號強度正比于Nvt’，s～2s距離內的物體的信號強度正比于(N-1)vt’，…，(N-1)s～Ns距離內的物體的信號強度正比于vt’，這時攝像機[4]輸出一幀強度-距離相關的圖像。
權利要求
1.一種無掃描器的成像測距方法，其特征在于采用脈沖信號累加模式，即在一幀內，激光光源以周期為T、脈寬為t’發出N個脈沖光照明被測區域，其中t’≤t＜T，t＝s/c，s為距離分辨率，c為光速，被測區域內物體的反射光經透鏡成像在像增強器上，對第i個脈沖光，i＝1～N，像增強器僅在為0到i×t時間之內被選通接收光信號，像增強器的輸出信號被攝像機接收，當N個脈沖接收完畢后，攝像機輸出一幀圖像；脈沖信號累加模式所需的脈沖光源控制信號和像增強器的選通控制信號用一個調制信號發生器來實現。
2.根據權利要求1所述的一種無掃描器的成像測距方法，其特征在于所說的像增強器是可選通的，工作在二值輸出模式，即當輸入光強度小于閾值時，輸出都為一個很小的固定值，當輸入光強度大于閾值時，輸出都為一個遠大于低值的固定值。
3.用于權利要求1所述的一種無掃描器的成像測距方法的測距儀，其特征在于包括激光光源(1)，照相鏡頭(2)，像增強器(3)，攝像機(4)，視頻信號處理器(5)，調制信號發生器(6)；激光光源(1)的脈沖光照明被測物體，反射光經照相鏡頭(2)輸入至像增強器(3)，像增強器(3)的輸出接攝像機(4)，攝像機(4)的輸出接視頻信號處理器(5)，調制信號發生器(6)的一路脈沖控制信號接激光光源(1)、一路選通控制信號接像增強器(3)。
4.根據權利要求3所述的一種無掃描器的成像測距方法的測距儀，其特征在于所說的攝像機(4)是普通的γ＝1的黑白或彩色攝像機；視頻信號處理器(5)是個人計算機、DSP數字信號處理器或嵌入式處理器；調制信號發生器(6)為可編程器件IspLsi1032E。
全文摘要
本發明公開了一種無掃描器的成像測距方法及其測距儀。激光光源的脈沖光照明被測物體，反射光經照相鏡頭輸入至像增強器，其輸出接攝像機，攝像機的輸出接視頻信號處理器，調制信號發生器的一路脈沖控制信號接光源、一路選通控制信號接像增強器。采用脈沖信號累加模式，即在一幀內，光源以周期為T、脈寬為t′發出N個脈沖光照明被測區域，被測區域內物體的反射光經透鏡成像在像增強器上，對第i個脈沖光，i＝1～N，像增強器僅在為0到i×t時間之內被選通接收光信號，像增強器的輸出信號被攝像機接收，當N個脈沖接收完畢后，攝像機輸出一幀圖像。該測距儀可達到視頻速度的成像測距，且沒有機械掃描部件，具有實時性、堅固性好的突出優點。
文檔編號G01C3/00GK1580697SQ20041001852
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者嚴惠民 申請人:浙江大學