CN101561267A - 距离测量装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种距离测量装置，包括透镜组、光接收器及计算模块。待测量物体通过透镜组在光接收器处成像。光接收器接收待测量物体通过透镜组所成的像并生成相应的图像感应信号。透镜组具有与光轴成非垂直角度的焦平面，计算模块将图像感应信号进行高频选择后通过透镜组的成像公式计算出待测量物体与距离测量装置之间的距离。上述距离测量装置通过对待测量物体通过透镜组所成的像进行高频选择，以得到其中焦点与非焦点之间的分界，进而通过所述透镜组的成像公式还原出待测量物体的距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量距离的装置与方法，特别涉及一种利用光测量距离的装置与方法。
背景技术
工程技术经常需要进行距离的测量，如进行工程测绘以及车辆行进途中的动态距离测量、倒车检测距离等。各种电子设备中也经常进行距离的测量，如数码相机通过测量镜头与被拍摄物体的距离进行自动对焦、投影仪通过测量投影镜头与投影幕布之间的距离可以自动对焦等。
典型的距离测量的方法包括脉冲法、相位法等等。脉冲法的原理是：光发射器发射一个光脉冲到待测物体，同时在光发射器处设置光接收器用于接收从待测物体反射的光信号，通过计算从发射到接收到光脉冲期间的时间来计算待测物体的距离。相位法的原理是：光发射器发射经过相位调制的光信号到待测物体，经过待测物体反射的光信号与原始光在光接收器处进行迭加，通过计算光接收器所接收到的光信号的相位来计算待测物体的距离。
上述的距离测量方法所需的仪器较为复杂，并且需要有后续的高精度电路系统配合进行计算。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单的距离测量装置。
此外，还有必要提供一种距离测量方法。
一种距离测量装置，包括透镜组、光接收器及计算模块。待测量物体通过所述透镜组在所述光接收器处成像，所述光接收器接收所述待测量物体通过所述透镜组所成的像并生成相应的图像感应信号。所述透镜组具有与光轴成非垂直角度的焦平面，所述计算模块将所述图像感应信号进行高频选择后通过所述透镜组的成像公式计算出所述待测量物体与所述距离测量装置之间的距离。
一种距离测量方法，包括：
接收待测量物体的像，并生成对应的图像感应信号；
对所述图像感应信号进行高频选择；
根据所述高频部分的图像信号计算所述待测量物体的距离。
上述距离测量装置及方法通过对待测量物体通过透镜组所成的像进行高频选择，以得到其中焦点与非焦点之间的分界，进而通过所述透镜组的成像公式还原出所述待测量物体的距离。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的距离测量装置的结构示意图。
图2为图1所示的距离测量装置进行距离测量的光路图。
图3为一种实施方式下图1所示的光接收器所接收的图像灰度的感应电压曲线。
图4为一种采用了本发明较佳实施方式的距离测量装置的成像设备的结构示意图。
图5为图1所示的计算模块的结构示意图。
图6为本发明较佳实施方式的距离测量方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明距离测量装置的较佳实施方式包括透镜组12与光接收器14。
透镜组12置于待测量物体16与光接收器14之间，光接收器14感测待测量物体16通过透镜组12所成的像，并生成感测信号。
透镜组12包括第一透镜202与第二透镜204。待测量物体16依次通过第一透镜202、第二透镜204在光接收器14上成像。在该实施方式中，第一透镜202为凸透镜，而第二透镜204的焦平面200与光轴之间具有预定的非垂直夹角。
光接收器14用于感应待测量物体16通过透镜组12所成的像，并生成相应的感应信号。在该实施方式中，前述感应信号可以通过扫描光接收器14所接收到的图像的灰度而得到，通过扫描光接收器14所接收到的图像，可以得到一系列的对应于图像灰度的感应电压值，经过采样后可生成一组离散的代表图像灰度的图像扫描信号，可以用矩阵形式表示。
如图2所示，其为图1所示的距离测量装置进行距离测量的光路图。进行距离测量时，待测量物体16与光接收器14分别位于透镜组12的两侧。在透镜组12的有效成像范围内，待测量物体16与透镜组12之间的距离可以被映射并反映为光接收器14上所接收到的图像灰度高点的不同位置。通过扫描光接收器14上的图像，并分析出其灰度的高点，再经过映射计算，即可得出待测量物体16与该距离测量装置之间的距离。如图2所示，当待测量物体16分别处于162、164、166、168的位置时，其通过透镜组12所成的像上灰度的高点分别为162’、164’、166’、168’。
如图3所示，其为一种实施方式下待测量物体16经透镜组12成像后被光接收器14所接收到的图像感应电压曲线。图中，在光接收器14扫描到待测量物体16通过透镜组12成像的焦点处时，图像灰度较高，因而图像感应电压较高，而在非焦点处时，图像灰度较低，因而图像感应电压较低。在焦点与非焦点的分界处，形成较明显的灰度阶梯。
图1中所示的计算模块18可以通过对光接收器14所生成的图像扫描信号进行计算而得到待测量物体16与该距离测量装置之间的距离。扫描得到的代表图像灰度的离散感应电压值经过一次预定的运算，从而得到待测量物体16通过透镜组12在光接收器14上所成图像的频域分布。图像频率中的高频部分表示的是图像灰度变化率高的区域。在该实施方式中，该预定的运算为二维的傅立叶变换。
经上述预定运算后的结果进行比较、筛选，得出其频率分布中频率最高的部分。因为成像过程中焦点与非焦点的分界处图像灰度的梯度最为明显，因而图像的频域分布中频率最高的部分即对应于待测量物体16成像于光接收器14处焦点与非焦点的分界处。
将上述频率最高的部分图像信号再进行第二次的预定运算，即可计算出所述待测量物体16与该距离测量装置之间的距离。该第二次预定的运算可以是先经过一次二维傅立叶变换得出图像灰度高点、即焦点与非焦点分界处的位置，再通过透镜组12的成像公式而将图像灰度高点的位置映射到与透镜组12的距离上，从而可以计算得出所述待测量物体16与所述距离测量装置之间的距离。
图4所示为本发明的距离测量装置用于一种成像设备的示意图。该成像设备可以是照相机、探测器等。该成像设备包括切换器302、第一透镜组304、第二透镜组306以及感测器308、计算模块310等。
当待成像物体30位于该成像设备前时，切换器302可根据需要而将待成像物体30所反射或发出的光线切换到第一透镜组304或第二透镜组306，分别用于进行拍照成像或距离测量。
第一透镜组302用于将待成像物体30所反射或发出的光线聚焦到感测器308上，用以提供感测器308对待成像物体30进行拍照或成像取样。
第二透镜组306即为图1所示的透镜组12，其具有与光轴成非垂直角度的焦平面，用于在感测器308上形成具有可以反映待成像物体30距离远近的图像灰度高点的图像。
感测器308用于将第一透镜组302或第二透镜组306所得的光线进行成像，以形成反映该成像图像的电信号。
计算模块310用于在切换器302切换到第二透镜组306时对感测器308所得的图像信号进行计算，从而可以得出待成像物体30与该成像设备之间的距离。
图4所示的成像设备利用切换器302进行成像与测距之间的转换，可以利用一个感测器308进行复用以实现成像和距离的测量。
图5所示为计算模块18的各功能模块，其包括数据接收单元182、第一计算单元184、比较单元186、第二计算单元188及数据输出单元190。
数据接收单元182用于接收光接收器14所生成的图像扫描信号，并将该图像扫描信号传送到第一计算单元184。该光接收器14所生成的图像扫描信号可以是离散的二维图像信号，以矩阵形式表示。
第一计算单元184用于对数据接收单元182所传送的图像扫描信号进行第一次预定计算。在该实施方式中，该第一次预定计算为离散的二维傅立叶变换。经过该第一次预定计算后，第一计算单元184生成一个频域信号传送到比较单元186。
比较单元186用于对第一计算单元184所生成的频域信号进行比较，以得出其中频率最高的部分所对应的图像信号，比较单元186将所述频域信号中频率最高的图像信号传送到第二计算单元188。
第二计算单元188用于将比较单元186所发送的图像信号进行第二次预定的计算，从而得到待测量物体16与该距离测量装置之间的距离。第二计算单元188计算得到的距离经过数据输出单元190输出。
如图6所示，本发明的距离测量方法包括以下步骤：
步骤402，将待测量物体16经过透镜组12成像于光接收器14上，光接收器14经扫描后得出离散的二维图像信号，该二维图像信号被传送到计算模块18。
步骤404，计算模块18的数据接收单元182接收二维图像信号，并将所述二维图像信号传送到第一计算单元184。
步骤406，第一计算单元184对所接收的二维图像信号进行第一次预定计算，以得到该二维图像的频域分布，并生成频率信号。在该实施方式中，第一次预定计算为离散的二维傅立叶变换。
步骤408，比较单元186对第一计算单元184所生成的频率信号进行比较，从而得出其中频率较高部分的图像信号。
步骤410，第二计算单元188将比较单元186所生成的频率较高部分的图像信号进行第二次预定计算，并根据透镜组12的成像公式计算出待测量物体16与本距离测量装置之间的距离。在该实施方式中，第二次预定计算为离散的二维傅立叶变换。
步骤412，数据输出单元190将第二计算单元188所计算得出的距离输出。
上述距离测量装置及方法通过对待测量物体通过透镜组所成的像进行高频选择，以得到其中焦点与非焦点之间的分界，进而通过所述透镜组的成像公式还原出所述待测量物体的距离。
Claims (10)
1.一种距离测量装置，包括透镜组、光接收器及计算模块，待测量物体通过所述透镜组在所述光接收器处成像，所述光接收器接收所述待测量物体通过所述透镜组所成的像并生成相应的图像感应信号，其特征在于：所述透镜组具有与光轴成非垂直角度的焦平面，所述计算模块将所述图像感应信号进行高频选择后通过所述透镜组的成像公式计算出所述待测量物体与所述距离测量装置之间的距离。
2.如权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于：所述待测量物体通过所述透镜组在所述光接收器上所成的像具有反映所述待测量物体与所述距离测量装置之间距离远近的图像灰度高点。
3.如权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于：所述待测量物体在所述透镜组的焦距范围内时，可以在所述光接收器上形成具有较高图像灰度的焦点，所述焦点在所述光接收器上的位置与所述待测量物体与所述透镜组的距离相对应。
4.如权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于：所述计算模块包括第一计算单元、比较单元、第二计算单元，所述第一计算单元用于将所述图像感应信号进行频域转换，所述比较单元用于根据所述第一计算单元的频域转换结果选择其中的高频率部分，所述第二计算单元用于将所述高频率部分的图像信号通过所述透镜组的成像公式计算出所述待测量物体的距离。
5.如权利要求4所述的距离测量装置，其特征在于：所述第一计算单元对所述图像感应信号进行傅立叶变换而将所述图像感应信号进行频率转换，所述第二计算单元对所述高频部分的图像信号进行傅立叶变换，并通过所述透镜组的成像公式而计算出所述待测量物体的距离。
6.一种距离测量方法，包括：
接收待测量物体的像，并生成对应的图像感应信号；
对所述图像感应信号进行高频选择；
根据所述高频部分的图像信号计算所述待测量物体的距离。
7.如权利要求6所述的距离测量方法，其特征在于：所述对图像感应信号进行高频选择的步骤包括：
对所述图像感应信号进行频域转换；
通过比较确定所述图像感应信号的频率中的高频率部分。
8.如权利要求7所述的距离测量方法，其特征在于：所述对图像感应信号进行频域转换的步骤是通过对所述图像感应信号进行傅立叶变换而成的。
9.如权利要求7所述的距离测量方法，其特征在于：所述根据高频部分的图像信号计算所述待测量物体的距离的步骤包括：
对所述高频率部分的图像信号进行预定的计算；
根据待测量物体的成像公式计算所述待测量物体的距离。
10.如权利要求9所述的距离测量方法，其特征在于：所述预定的计算为傅立叶变换。
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