CN103185567A

CN103185567A - 一种电子设备及测量距离的方法

Info

Publication number: CN103185567A
Application number: CN2011104451196A
Authority: CN
Inventors: 李众庆; 薛苏葵; 赵焱; 陈兴文; 吕晖
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: CN103185567B

Abstract

本发明提供一种电子设备及测量距离的方法。该电子设备包括：光线发射器，用于投射一光线；摄像头，与光线发射器位于电子设备的同一侧，且摄像头与光线发射器平行设置，当电子设备位于支撑面上时，光线发射器与支撑面平行，摄像头与支撑面平行；摄像头获得一图像，图像包括阻挡光线传播的障碍物以及光线在障碍物上形成的光斑，其中障碍物位于支撑面上；存储器，用于存储一定标距离和一距离算法，分析器，用于分析图像，并获得第一参数和第二参数，以及计算单元，连接于存储器和分析器，根据第一参数、定标距离和第二参数，按照距离算法计算电子设备和障碍物之间的距离。

Description

一种电子设备及测量距离的方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种电子设备及测量距离的方法。

背景技术

随着导航技术的快速发展，电子导航产品也越来越多样化，用户也越来越需要电子导航产品。在导航技术中，距离的检测非常重要，在现有技术中，主要通过以下几种方法检测距离：例如采用双目三角测距法，或者红外深度摄像头来获得深度信息，即使是单目摄像头，也需要采取移步换角度的方式，通过三角定位法来测距。

另外，在电子设备中(例如智能移动机器)，需要对障碍进行检测，通常采用超声波传感器来检测，例如安装超声发射和接收装置，通过对比发射和接收的相位差，计算电子设备和障碍物之间的距离。

以上各种距离检测的方法都存在计算量大，匹配速度慢及成本比较高的问题。

在现有技术中，还采用水准仪的方式，通过望远镜观测目标基准尺的刻度，通过查表可以算出水准仪和基准尺之间的水平距离，精度到几个厘米，但是前提是必须在目标物那里有基准尺，所以使用起来很不方便，所以很难应用在实际的智能移动机器使用过程中。

发明内容

本发明提供一种电子设备及测量距离的方法，用以解决现有技术中存在的测量距离速度慢、计算量大和成本高的问题。

本发明一方面提供了一种电子设备，包括：光线发射器，用于投射一光线；摄像头，与所述光线发射器位于所述电子设备的同一侧，且所述摄像头与所述光线发射器平行设置，所述摄像头相对于一支撑面的高度大于所述光线发射器相对于所述支撑面的高度，其中，当所述电子设备位于所述支撑面上时，所述光线发射器与所述支撑面平行，所述摄像头与所述支撑面平行；所述摄像头获得一图像，所述图像包括阻挡所述光线传播的障碍物以及所述光线在障碍物上形成的光斑，其中所述障碍物位于所述支撑面上；存储器，用于存储一定标距离和一距离算法，所述定标距离为所述摄像头的视野边际的光路与所述支撑面的交点至所述摄像头的垂直于所述支撑面的垂直中心线之间的距离；分析器，用于分析所述图像，并获得第一参数和第二参数，其中，所述第一参数为所述光斑的成像至所述摄像头的平行于所述支撑面的平行中心线的距离，所述第二参数为所述交点的成像至所述平行中心线的距离；以及计算单元，连接于所述存储器和所述分析器，根据所述第一参数、所述定标距离和所述第二参数，按照所述距离算法计算所述电子设备和所述障碍物之间的距离。

优选地，所述电子设备还包括：移动装置，所述电子设备通过所述移动装置在所述支撑面上移动。

优选地，所述电子设备还包括：控制单元，用于判断所述距离是否小于一阈值，如果是，则控制所述电子设备的移动以避免碰到所述障碍物。

优选地，所述存储器还存储所述电子设备和所述障碍物之间的距离，用于构建地图。

优选地，所述距离算法为所述定标距离乘以所述第二参数并除以所述第一参数。

优选地，所述分析器还分析所述图像以获得所述障碍物的拐角的相对位置参数。

优选地，所述相对位置参数为所述拐角的成像至所述平行中心线的距离。

本发明另一方面提供一种测量距离的方法，应用一电子设备中，所述电子设备包括一光线发射器、一摄像头和一存储器，所述光线发射器与所述摄像头位于所述电子设备的同一侧，所述光线发射器与所述摄像头平行设置，所述摄像头相对于一支撑面的高度大于所述光线发射器相对于所述支撑面的高度，所述存储器存储有距离算法和一定标距离，其中，当所述电子设备位于所述支撑面上时，所述定标距离为所述摄像头的视野边际的光路与所述支撑面的交点至所述摄像头的垂直于所述支撑面的垂直中心线之间的距离，且所述光线发射器与所述支撑面平行，所述摄像头与所述支撑面平行，所述方法包括：通过所述光线发射器投射一光线；通过所述摄像头获得一图像，所述图像包括阻挡所述光线传播的障碍物以及所述光线在障碍物上形成的光斑，其中所述障碍物位于所述支撑面上；分析所述图像，获得第一参数和第二参数；其中，所述第一参数为所述光斑的成像至所述摄像头的平行于所述支撑面的平行中心线的距离，所述第二参数为所述交点的成像至所述平行中心线的距离；从所述存储器获得所述定标距离和所述距离算法；以及根据所述第一参数、所述第二参数和所述定标距离，按照所述距离算法，确定所述电子设备与所述障碍物之间的距离。

优选地，所述方法还包括：接收一移动指令；根据所述移动指令，所述电子设备在所述支撑面上移动。

优选地，所述方法还包括：判断所述电子设备与所述障碍物之间的距离是否小于一阈值；如果是，则控制所述电子设备在所述支撑面上移动以避免碰到所述障碍物。

优选地，还分析所述图像以获得所述障碍物的拐角的相对位置参数。

优选地，当所述拐角的成像至所述平行中心线的距离越小，则所述电子设备与所述拐角之间的距离越远。

本发明有益效果如下：

本发明一实施例采用摄像头和光线发射器即可测量距离，所以操作简单，节省成本。

进一步，本发明一实施例中采用摄像头和光线发射器测量距离，所以测量的参数少，只需要测量两个参数，而且算法简单，所以测量距离的速度快，功耗小，利于实时计算和导航。

更进一步，本发明一实施例中还存储电子设备与障碍物之间的距离，可以用于构建地图，另外，本发明实施例中可以获取障碍物的拐角的相对位置，所以可以获得障碍物的分布情况，利于构建地图。

附图说明

图1为本发明一实施例中的电子设备的功能框图；

图2为本发明一实施例中的电子设备的架构图；

图3为本发明一实施例中的测量距离示意图；

图4为本发明一实施例中的测量图像示意图；

图5为本发明一实施例中的线性关系图；

图6为本发明一实施例中的测量距离的方法流程图。

具体实施方式

本发明一实施例提供一种电子设备，请参考图1，图1为本实施例中的电子设备的功能框图。

如图1所示，该电子设备包括：光线发射器101，用于投射一光线；摄像头102；分析器103；存储器104以及计算单元105。

请一并参考图2，图2为电子设备的架构图，光线发射器101与摄像头102位于电子设备的同一侧，例如都位于右侧，并朝向障碍物；摄像头102与光线发射器101平行设置，即摄像头102的平行中心线与光线发射器101投射的光线平行；摄像头102相对于支撑面的高度大于光线发射器101相对于支撑面的高度，即如图2所示，摄像头102位于光线发射器101的上方，摄像头102与光线发射器101的距离为H；另外，当电子设备位于支撑面上时，光线发射器101与支撑面平行，即光线发射器101投射的光线与支撑面平行；摄像头102与支撑面平行，即摄像头102的平行中心线与支撑面平行。

当电子设备位于支撑面上，摄像头102位于光线发射器101上方H处，并沿平行中心线进行平行拍摄时，摄像头102有一个最大拍摄范围边界，即视野边际，如图2所示，视野边际的光路与支撑面有一个交点，该交点至摄像头102的垂直中心线之间的距离为摄像头102的定标距离Lm，其中，垂直中心线垂直于支撑面。该定标距离Lm为事先测量好并存储在存储器104中。测量定标距离Lm例如可以采用在支撑面上放上标尺或基准尺，只要看视野边际的光路能拍摄到的刻度，即可知道定标距离Lm的值，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要使用其他方式测量定标距离Lm，本发明并不作限制。

接下来请同时参考图2和图3，当需要测量电子设备与障碍物之间的距离时，光线发射器101投射光线至障碍物，并在障碍物上形成光斑，然后摄像头102获得一图像1021，图像1021包括阻挡光线传播的障碍物以及光线在障碍物上形成的光斑。由于该光斑明显区别于其他图像，因此在获得的图像中很容易获得该光斑在图像中的位置，利于计算机对图像进行简化处理，加快计算速度。

分析器103，分析图像1021，并获得第一参数和第二参数，其中，第一参数为光斑的成像至摄像头的平行于支撑面的平心中心线的距离，第二参数为交点的成像至平行中心线的距离。

如图3和图4所示，光斑在图像1021上的成像高度至平行中心线的距离为X，而视野边际的光路与支撑面的交点在图像1021上的成像高度至平行中心线的距离为Y，分析器103通过分析图像1021获得第一参数X和第二参数Y，分析器103可直接设置于摄像头102内部，在另一实施例中，分析器103也可以位于摄像头102的外部，摄像头通过将图像1021导出至分析器103中以便分析器103进行分析。

如果摄像头102的镜头接近小孔成像，所以通过小孔成像的原理，可获得以下两个等式，请参考图3，其中L代表电子设备与障碍物之间的距离，P为图像1021的中心点至摄像头102的中心点之间的距离：

X/P＝H/L (1)

Y/P＝H/Lm (2)

化简等式(1)和(2)，可以得到距离L的计算公式：L＝Lm*Y/X。该算法公式存储在存储器104中，同样，存储器104可以位于摄像头102内部，也可以位于摄像头102的外部，本发明不作限制。

计算单元105，连接于存储器104和分析器103，当分析器103分析获得第一参数X和第二参数Y时，计算单元在存储器104中获取距离算法公式和定标距离Lm，然后根据第一参数X、定标距离和第二参数Y，按照距离算法公式计算电子设备和障碍物之间的距离L。同样，计算单元105可以位于摄像头102内部，所以在摄像头中直接显示出距离L的值，也可以位于摄像头102的外部，距离L的值可以显示在电子设备的一显示器上，本发明不作限制。

计算单元105计算出来的距离L的值还可以存储在存储器104中，可以用于构建地图，例如SLAM(Simultaneous Localization And Mapping；同时定位与建图)地图。

因此，本实施例的测量方法简单，测量设备简单，只需要测量两个参数，而且算法简单，所以测量距离的速度快，功耗小，利于实时计算和导航。

在另一实施例中，当摄像头102跟小孔成像的区别比较大时，可采用查表的方式来进行距离L的测算。例如可以采用事先测量的方式，就是图像1021中的每个X1，X2，...，Xn，对应到L1，L2，...，Ln，其中，Ln是事先采用人工测量的方式，用其他尺子，实际测量的，记录成表格，当检测到图像中Xn值的时候，即分析器103分析获得第一参数X时，就查询该表格，就可以得到Ln的实际距离值。由于一个摄像头，标定之后，状态不再改变，因此查表方式也方便用户使用。

在另一实施例中，如图3所示，角度α为摄像头102的平行中心线和光斑的反射光路之间的夹角，角度α、距离H和距离L构成以下三角函数关系：Tan(α)＝H/L，在角度α小于45度时，该三角函数接近线性关系，如图5所示，x轴为角度α的读书，y轴为Tan值，设线性关系的系数为k，则H/L＝k*α，另外，Tan(α)＝X/P，再结合公式(1)和(2)，同样可简化出计算距离L的公式：L＝Lm*Y/X。该计算公式在角度α小于45度时更精确，但是在角度α大于45度角时，X的值越小，代表距离L的距离就越远的关系依然是成立的。

在一实施例中，电子设备还包括移动装置106(请参考图2)，电子设备可通过移动装置106在支撑面上移动，移动装置106例如为轮子，还可以为其他可移动的装置。在本实施例中电子设备例如为智能移动机器，光线发射器101固定在智能移动机器上，不能转动，而智能移动机器可通过移动装置106在原地转动，进而带动光线发射器101投射的光线也可沿原地转动扫描，扩大了扫描范围。

在另一实施例中，电子设备不转动，例如，电子设备是一个测量装置，而光线发射器101可来回旋转扫描，进一步，可以使用一条窄条光带，这样可以节省来回扫描的机构，在其他实施例中，当扫描距离稍近的时候，也可以采用单束光，采用蛇形的方式来回扫描。

进一步，电子设备还包括一控制单元，当计算单元105计算出距离L时，判断该距离L是否小于一阈值，例如1米，如果是，则控制电子设备的移动以避免碰到障碍物。

请再参考图4，图像1021中的拐角为摄像头102拍摄到的障碍物的拐角，例如桌子、椅子的拐角，分析器103还分析图像1021获得障碍物的拐角的相对位置参数，例如挂角的成像至平行中心线的距离，当拐角的成像至平行中心线的距离越小，则电子设备与所述拐角之间的距离越远，而且可以了解障碍物大概的分布情况，可以辅助建立地图。

以上各实施例可互相结合使用，本领域技术人员可根据实际需要选择实施例之间的组合。

本发明另一实施例还提供一种测量距离的方法，应用在如前述的电子设备中，请参考图6，该方法包括：

步骤601：通过光线发射器投射一光线；

步骤602：通过摄像头获得一图像，图像包括阻挡光线传播的障碍物以及光线在障碍物上形成的光斑，其中障碍物位于支撑面上；

步骤603：分析图像，获得第一参数和第二参数；其中，第一参数为光斑的成像至摄像头的平行于支撑面的平行中心线的距离，第二参数为交点的成像至平行中心线的距离；

步骤604：从存储器获得定标距离和距离算法；以及

步骤605：根据第一参数、第二参数和定标距离，按照距离算法，确定电子设备与障碍物之间的距离。

该方法进一步还包括：接收一移动指令，根据移动指令，电子设备在支撑面上移动。

在另一实施例中，该方法还包括：判断电子设备与障碍物之间的距离是否小于一阈值；如果是，则控制电子设备在支撑面上移动以避免碰到障碍物。

在前述各实施例中，对可测量距离的电子设备进行了详细的描述，而本实施例中的测量距离的方法基于前述实施例的电子设备实现的，所以通过前述对电子设备的详细描述，本领域技术人员可清楚的了解如何实施本实施例中的测量距离的方法，为了说明书的简洁，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种电子设备，其特征在于，包括：

光线发射器，用于投射一光线；

摄像头，与所述光线发射器位于所述电子设备的同一侧，且所述摄像头与所述光线发射器平行设置，所述摄像头相对于一支撑面的高度大于所述光线发射器相对于所述支撑面的高度，其中，当所述电子设备位于所述支撑面上时，所述光线发射器与所述支撑面平行，所述摄像头与所述支撑面平行；所述摄像头获得一图像，所述图像包括阻挡所述光线传播的障碍物以及所述光线在障碍物上形成的光斑，其中所述障碍物位于所述支撑面上；

存储器，用于存储一定标距离和一距离算法，所述定标距离为所述摄像头的视野边际的光路与所述支撑面的交点至所述摄像头的垂直于所述支撑面的垂直中心线之间的距离；

分析器，用于分析所述图像，并获得第一参数和第二参数，其中，所述第一参数为所述光斑的成像至所述摄像头的平行于所述支撑面的平行中心线的距离，所述第二参数为所述交点的成像至所述平行中心线的距离；以及

计算单元，连接于所述存储器和所述分析器，根据所述第一参数、所述定标距离和所述第二参数，按照所述距离算法计算所述电子设备和所述障碍物之间的距离。

2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：移动装置，所述电子设备通过所述移动装置在所述支撑面上移动。

3.如权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：控制单元，用于判断所述距离是否小于一阈值，如果是，则控制所述电子设备的移动以避免碰到所述障碍物。

4.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述存储器还存储所述电子设备和所述障碍物之间的距离，用于构建地图。

5.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述距离算法为所述定标距离乘以所述第二参数并除以所述第一参数。

6.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述分析器还分析所述图像以获得所述障碍物的拐角的相对位置参数。

7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述相对位置参数为所述拐角的成像至所述平行中心线的距离。

8.如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，当所述拐角的成像至所述平行中心线的距离越小，则所述电子设备与所述拐角之间的距离越远。

9.一种测量距离的方法，应用一电子设备中，所述电子设备包括一光线发射器、一摄像头和一存储器，所述光线发射器与所述摄像头位于所述电子设备的同一侧，所述光线发射器与所述摄像头平行设置，所述摄像头相对于一支撑面的高度大于所述光线发射器相对于所述支撑面的高度，所述存储器存储有距离算法和一定标距离，其中，当所述电子设备位于所述支撑面上时，所述定标距离为所述摄像头的视野边际的光路与所述支撑面的交点至所述摄像头的垂直于所述支撑面的垂直中心线之间的距离，且所述光线发射器与所述支撑面平行，所述摄像头与所述支撑面平行，其特征在于，所述方法包括：

通过所述光线发射器投射一光线；

通过所述摄像头获得一图像，所述图像包括阻挡所述光线传播的障碍物以及所述光线在障碍物上形成的光斑，其中所述障碍物位于所述支撑面上；

分析所述图像，获得第一参数和第二参数；其中，所述第一参数为所述光斑的成像至所述摄像头的平行于所述支撑面的平行中心线的距离，所述第二参数为所述交点的成像至所述平行中心线的距离；

从所述存储器获得所述定标距离和所述距离算法；以及

根据所述第一参数、所述第二参数和所述定标距离，按照所述距离算法，确定所述电子设备与所述障碍物之间的距离。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收一移动指令；

根据所述移动指令，所述电子设备在所述支撑面上移动。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所述电子设备与所述障碍物之间的距离是否小于一阈值；

如果是，则控制所述电子设备在所述支撑面上移动以避免碰到所述障碍物。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述距离算法为所述定标距离乘以所述第二参数并除以所述第一参数。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还分析所述图像以获得所述障碍物的拐角的相对位置参数。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述相对位置参数为所述拐角的成像至所述平行中心线的距离。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述拐角的成像至所述平行中心线的距离越小，则所述电子设备与所述拐角之间的距离越远。