CN110382357A - 无人机和透镜的设计方法 - Google Patents

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CN110382357A CN201880012684.3A CN201880012684A CN110382357A CN 110382357 A CN110382357 A CN 110382357A CN 201880012684 A CN201880012684 A CN 201880012684A CN 110382357 A CN110382357 A CN 110382357A
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王小明
谢捷斌
任伟
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Shenzhen Dajiang Innovations Technology Co Ltd
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Shenzhen Dajiang Innovations Technology Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种无人机(10)，其包括机身(12)和视觉避障系统(14)。视觉避障系统(14)安装在机身(12)。视觉避障系统(14)包括双目视觉模组(142)和补光装置(144)，补光装置(144)位于双目视觉模组(142)的两个摄像头(1422)之间。补光装置(144)包括光源(1442)和透镜(1444)，透镜(1444)包括作为入光面的凸面(14442)和与凸面相背的出光平面(14444)。其中，凸面(14442)为非球面或自由曲面。光源(1442)设置在凸面(14442)侧。透镜(1444)被配置成将光源(1442)发出的光束投射形成与双目视觉模组(142)的视场角相匹配的光斑。本申请还公开了一种透镜的设计方法。

Description

无人机和透镜的设计方法
技术领域
本申请涉及无人飞行器技术领域，特别涉及一种无人机和透镜的设计方法。
背景技术
相关技术的拍摄设备中，通常设置有补光装置进行补光以适应不同光照条件，有利于视觉模组采集图像信息。补光装置中常见的补光透镜有全内反射(Total InternalReflection，TIR)透镜和菲涅尔透镜，其中，全内反射透镜主要用于光束的准直，光斑太小，在视觉模组的视场角(Field Of View，FOV)范围内提供的有限像素点数太少，且不能匹配视觉模组的视场角；菲涅尔透镜在较大视场角的情况下，例如视场角大于80°时，其需要更大的尺寸以及更多的半波带，然而半波带越多，光的衰减越大，不利于提高低照度环境下拍摄的图像质量。
发明内容
本申请提供一种无人机和透镜的设计方法。
本申请提供一种无人机包括机身和视觉避障系统，所述视觉避障系统安装在所述机身，所述视觉避障系统包括双目视觉模组和补光装置，所述补光装置位于所述双目视觉模组的两个摄像头之间，所述补光装置包括光源和透镜，所述透镜包括作为入光面的凸面和与所述凸面相背的出光平面，所述凸面为非球面或自由曲面，所述光源设置在所述凸面侧，所述透镜被配置成将所述光源发出的光束投射形成与所述双目视觉模组的视场角相匹配的光斑。
本申请提供一种透镜的设计方法，所述透镜包括作为入光面的凸面和出光平面，所述凸面和所述出光平面位于所述透镜相背的两侧，所述凸面为非球面或自由曲面，所述透镜的设计方法包括以下步骤：
确定所述透镜的尺寸；
优化所述凸面的面型以使所述透镜的焦距达到目标焦距；
优化所述透镜的视场角和照度标准偏差以使所述透镜的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差。
本申请实施方式的无人机和透镜的设计方法中，双目视觉模组的感光元件的平面形状通常呈方形，透镜可以将放置在凸面侧的光源的光束投射成基本呈方形的均匀光斑，如此，光斑可以匹配双目视觉模组的视场角，有利于提高双目视觉模组在低照度环境下拍摄的图像质量。
本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施方式的无人机的立体示意图。
图2是本申请实施方式的无人机的模块示意图。
图3是本申请实施方式的透镜的侧面示意图。
图4是本申请实施方式的透镜所形成的光斑图。
图5是本申请实施方式的无人机的平面示意图。
图6是本申请实施方式的无人机的另一平面示意图。
图7是本申请实施方式的无人机的又一平面示意图。
图8是本申请实施方式的透镜的平面示意图。
图9是本申请实施方式的透镜的设计方法的流程示意图。
图10是本申请实施方式的透镜的设计方法的另一流程示意图。
图11是本申请实施方式的透镜的设计方法的又一流程示意图。
图12是本申请实施方式的透镜的设计方法的再一流程示意图。
图13是本申请实施方式的透镜的设计方法的再一流程示意图。
图14是本申请实施方式的透镜的设计方法的再一流程示意图。
主要附图元件说明：
无人机10、机身12、视觉避障系统14、双目视觉模组142、前双目视觉模组142A、后双目视觉模组142B、下双目视觉模组142C、摄像头1422、补光装置144、光源1442、透镜1444、凸面14442、出光平面14444。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请一并参阅图1至图3，本申请实施方式的一种无人机10包括机身12和视觉避障系统14。视觉避障系统14安装在机身12。视觉避障系统14包括双目视觉模组142和补光装置144，补光装置144位于双目视觉模组142的两个摄像头1422之间。补光装置144包括光源1442和透镜1444，透镜1444包括作为入光面的凸面14442和与凸面14442相背的出光平面14444。其中，凸面14442为非球面或自由曲面。光源1442设置在凸面14442侧。透镜1444被配置成将光源1442发出的光束投射形成与双目视觉模组142的视场角相匹配的光斑。
可以理解，双目视觉模组142基于视差原理，可以由安装在固定位置的两个摄像头1422从不同角度同时采集同一场景的数字图像以获得该场景的三维形状和位置信息。结合补光装置144，双目视觉模组142可以在低照度环境下保持良好的拍摄及测量性能，应用于无人机10可以实现智能避障，有利于提高无人机10的可靠性。在图2的实施方式中，视觉避障系统14可与无人机10的处理器16连接，处理器16可根据视觉避障系统14的检测结果控制无人机10的飞行。
本申请实施方式的无人机10中，双目视觉模组142的感光元件的平面形状通常呈方形，透镜1444可以将放置在凸面14442侧的光源1442发出的光束投射成基本呈方形的均匀光斑，如此，光斑可以匹配双目视觉模组142的视场角，有利于提高双目视觉模组142在低照度环境下拍摄的图像质量。如图4所示，经透镜1444出射的光斑可以形成基本呈方形且亮度均匀的光斑。
请参阅图5，具体的，补光装置144设置在双目视觉模组142的两个摄像头1422连线上。
在某些实施方式中，补光装置144的数量是两个。两个补光装置144形成的光斑在大于距机身12预设距离的范围基本重合。
如此，无人机10的视觉避障系统14可以采用功率较小的光源1442使得光斑的重合区域达到一定的照度，有利于提高视觉避障系统14在低照度环境下测量的精度。可以理解，无人机10在飞行过程中需要与障碍物保持一定的安全距离，在安全距离内存在障碍物时，无人机10可以停止或变向以便避开障碍物。预设距离可以根据无人机10的安全距离进行设置。
具体的，在一个例子中，预设距离可以是0.5m，也就是说，在与无人机10距离大于0.5m的范围，两个补光装置144所形成的两个光斑基本重合。当然，在其他实施方式中，预设距离可以根据实际需要灵活配置。
请一并参阅图5至图7，在某些实施方式中，双目视觉模组142包括无人机10的前双目视觉模组142A、后双目视觉模组142B和下双目视觉模组142C中的至少一个。
可以理解，前双目视觉模组142A可以获得无人机10前方场景的三维形状和位置信息。后双目视觉模组142B可以获得无人机10后方场景的三维形状和位置信息。下双目视觉模组142C可以获得无人机10下方场景的三维形状和位置信息。如此，视觉避障系统14可以通过无人机10的前双目视觉模组142A、后双目视觉模组142B和下双目视觉模组142C获得无人机10不同方向的场景的三维形状和位置信息，实现多角度避障，无人机10可以实现更多功能，提高用户体验。
双目视觉模组142包括无人机10的前双目视觉模组142A、后双目视觉模组142B和下双目视觉模组142C中的至少一个，可以理解为，双目视觉模组142包括无人机10的前双目视觉模组142A、后双目视觉模组142B或下双目视觉模组142C；双目视觉模组142包括无人机10的前双目视觉模组142A和后双目视觉模组142B，或前双目视觉模组142A和下双目视觉模组142C，或后双目视觉模组142B和下双目视觉模组142C；双目视觉模组142包括无人机10的前双目视觉模组142A、后双目视觉模组142B和下双目视觉模组142C。
请参阅图8，在图示的实施方式中，透镜1444的平面形状呈方形，凸面14442的平面形状呈圆形。当然，在其他实施方式中，透镜1444的平面形状可为圆形等其它形状，凸面14442的形状可以是椭圆形等其他形状，在此不做具体限定。
在某些实施方式中，透镜1444满足下列条件式：
11mm≤f≤12mm；
其中，f为透镜1444的焦距。
可以理解，透镜1444可以应用于双目视觉模组142的补光装置144，光源1442可以设置在透镜1444的凸面14442的一侧，满足上述条件式有利于透镜1444将光源1442发出的光束投射至空间中，投射形成的光斑在一定程度上满足透镜1444视场角的要求。同时，透镜1444的焦距较小，有利于减小补光装置144在透镜1444光轴方向上的尺寸，可以优化补光装置144的空间设置，有利于补光装置144小型化设计。
请参阅图3，在某些实施方式中，透镜1444满足下列条件式：
2mm≤d≤3mm；
其中，d为透镜1444的边缘厚度。
如此，透镜1444的边缘厚度符合上述条件可以满足透镜1444的焦距，同样的，透镜1444的边缘厚度较小，可以优化补光装置144的空间设置，有利于补光装置144小型化设计。
请参阅图3和图8，在某些实施方式中，凸面14442可以采用非球面设计。其中，凸面14442的非球面系数根据下列条件式决定：
其中，Z是非球面上任一点与表面顶点的纵向距离，h是非球面上任一点到光轴的距离，c是顶点曲率(曲面半径R的倒数)，K是二次曲面常数，Ai是对应阶数的非球面系数。
在某些实施方式中，凸面14442为非球面。透镜1444满足下列条件式：
5mm≤Ry≤7mm；和
-1≤Ky≤-0.85；
其中，Ry为非球面在y方向的曲面半径，Ky为非球面在y方向的二次曲面系数。
如此，y方向的曲面半径和y方向的二次曲面半径满足上述条件时，可以满足透镜1444的焦距。
在某些实施方式中，凸面14442为非球面。透镜1444满足下列条件式：
15mm≤Rx≤16mm；和
0.5≤Kx≤1；
其中，Rx为非球面在x方向的曲面半径，Kx为非球面在x方向的二次曲面系数。
同样的，x方向的曲面半径和x方向的二次曲面半径满足上述条件时，可以满足透镜144410的焦距。
其中，非球面的曲面半径和二次曲面系数影响焦距的大小，透镜1444在y方向和x方向的曲率半径和二次曲面系数分别符合上述条件，可以使得透镜1444满足的上述的焦距，有利于透镜1444将光源1442发出的光束投射至空间。
在某些实施方式中，透镜1444满足下列条件式：
0.001≤A4≤0.002；
-0.0035≤A6≤-0.003；
4.2*10-6≤A8≤3.7*10-6；和
1.8*10-7≤A10≤2.1*10-7；
其中，A4为非球面第4阶的非球面系数，A6为非球面第6阶的非球面系数，A8为非球面第8阶的非球面系数，A10为非球面第10阶的非球面系数。
如此，凸面14442的非球面系数可以进一步优化透镜1444的视场角，有利于透镜1444投射光束至空间形成的光斑与双目视觉模组142的视场角相匹配。同时，还可以优化光斑的照度标准偏差，使得透镜1444投射光束至空间形成的光斑照度均匀，有利于提高双目视觉模组142拍摄的图像质量。
在某些实施方式中，透镜1444的适用波长包括可见光和近红外光。
如此，透镜1444可以适配不同波长的光源1442，保持投射后的光斑均匀，有利于提高双目视觉模组142拍摄的图像质量。可以理解，光源1442发出的光的波长范围包括可见光和近红外光。其中，可见光的波长范围为380nm～780nm，近红外光的波长范围为780nm～2526nm。
当然，在其他实施方式中，透镜1444可以根据需要适配对应光源1442的波长或更多的波长。在此不做具体的限定。
在某些实施方式中，透镜1444的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
可以理解，聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的透光特性，有利于光束投射，同时，具有良好的机械强度，易于加工，有利于提高透镜1444和补光装置144的可靠性。
当然，在其他实施方式中，透镜1444的材料还可以采用玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其他透明材料等。
在某些实施方式中，光源1442包括发光二极管(Light Emitting Diode，LED)。
可以理解，发光二极管具有体积小、效率高、寿命长、成本低、开关速度高等优点，可以用于补光装置144中，有利于降低补光装置144的生产成本。
当然，在其他实施方式中，光源1442可采用其他光源1442，在此不做具体限定。
请参阅图9，本申请实施方式的一种透镜的设计方法，透镜1444包括作为入光面的凸面14442和出光平面14444。凸面14442和出光平面14444位于透镜1444相背的两侧。凸面14442为非球面或自由曲面。透镜1444的设计方法包括以下步骤：
S1，确定透镜1444的尺寸；
S2，优化凸面14442的面型以使透镜1444的焦距达到目标焦距；和
S3，优化透镜1444的视场角和照度标准偏差以使透镜1444的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差。
本申请实施方式的透镜的设计方法中，步骤S1可确定透镜1444的基本空间尺寸和参数，以便透镜1444实现投射光斑的功能。步骤S2中，通过改变凸面14442的面型使得透镜1444的焦距满足要求，有利于光线投射形成光斑。步骤S3中，通过改变凸面14442的参数以改变透镜1444的视场角和照度标准偏差，使得透镜1444的视场角和照度标准偏差满足要求，透镜1444投射光束形成基本呈方形的光斑且光斑与双目视觉模组142的视场角相匹配，同时，光斑的照度均匀有利于提供双目视觉模组142拍摄图像的质量。
在某些实施方式中，步骤S1包括：根据透镜1444所应用的产品空间结构确定透镜1444的材料、适用波长、孔径和厚度。
可以理解，透镜1444所应用的产品空间结构，包括预留的透镜1444安装位置和空间大小，光源1442的安装位置及光源1442与透镜1444相对位置等，其中，不同的透镜1444的材料具有不同的光学透镜1444(例如，阿贝数、折射率等)，所需要的透镜1444大小也不相同。确定使用波长可以检测光束通过透镜1444投射后的效果。孔径、厚度影响透镜1444本身的空间大小。例如，透镜1444应用于无人机10时，可根据无人机10的空间结构来设定透镜1444的相关特性。
在某些实施方式中，凸面14442为非球面。步骤S2包括：步骤S22，优化非球面的曲面半径和二次曲面系数以使透镜1444的焦距达到目标焦距。
如此，步骤S22中，非球面的曲面半径和二次曲面系数影响焦距的大小，非球面的曲面半径和二次曲面系数包括y方向的曲面半径和二次曲面系数和x方向的曲面半径和二次曲面系数。通过优化透镜1444在y方向和x方向的曲率半径和二次曲面系数使得满足透镜1444的焦距，有利于透镜1444将光源1442发出的光束投射至空间。
请参阅图10，在某些实施方式中，步骤S22包括：
步骤S222，添加曲面半径、二次曲面系数为变量并设定透镜1444的焦距为优化函数，曲面半径、二次曲面系数和透镜1444的边缘厚度为约束条件；和
步骤S224，根据优化函数和约束条件优化曲面半径和二次曲面系数以使透镜1444的焦距达到目标焦距。
可以理解，变量为进行优化的物理量，优化函数为表示所要达到的优化结果的物理量，通常为优化函数设置一定的目标值。约束条件为需要约束的物理量，为所约束的物理量设置一定的取值范围或固定的值，使得优化过程中，所约束的物理量的取值在一定范围内变化或不变。优化过程为多次迭代的过程，即在优化函数达到目标值之前，连续地更新优化的物理量使得优化函数不断接近目标值，以至达到目标值。
如此，步骤S222中，添加曲面半径、二次曲面系数为进行优化的变量。设定焦距为优化函数，并确定透镜1444的目标焦距。设定曲面半径、二次曲面系数和透镜1444的边缘厚度为约束条件，以使曲面半径、二次曲面系数和透镜1444的边缘厚度在优化过程中在一定范围内变化或不变。步骤S224中，对曲面半径和二次曲面系数的取值进行多次迭代，使得透镜1444的焦距不断接近目标焦距。最终使得优化后透镜1444焦距达到目标焦距。
在某些实施方式中，透镜1444的目标焦距满足下列条件式：
11mm≤F≤12mm；
其中，F为目标焦距。
如此，透镜1444的焦距f优化后达到目标焦距F，目标焦距满足上述条件有利于透镜1444将光源1442发出的光束投射至空间中，投射形成的光斑在一定程度上满足透镜1444视场角的要求。同时，透镜1444的焦距较小，有利于减小补光装置144在透镜1444光轴方向上的尺寸，可以优化补光装置144的空间设置，有利于补光装置144小型化设计。
请参阅图11，在某些实施方式中，步骤S3包括：
步骤S32，添加非球面的非球面系数为变量并设定透镜1444的视场角和照度标准偏差为优化函数，透镜1444的焦距为约束条件；和
步骤S34，根据优化函数和约束条件优化非球面的非球面系数以使透镜1444的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差。
其中，透镜1444的视场角和照度标准偏差可以分配不同的权重系数。权重系数可以根据实际需要灵活配置。
步骤S2后，非球面的曲面半径、二次曲面系数优化完成，透镜1444的焦距达到目标焦距。如此，步骤S32中，添加非球面的非球面系数为进行优化的变量。设定为透镜1444的视场角和照度标准偏差为优化函数，并确定透镜1444的目标视场角和目标照度标准偏差。设定透镜1444的焦距为约束条件，以使在优化过程中透镜1444的焦距保持不变。步骤S34中，在优化非球面系数时可以根据优化函数的不同权重系数进行多次迭代，使得透镜1444的视场角和照度标准偏差均分别接近目标视场角和目标照度标准偏差。最终透镜1444的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差。透镜1444的视场角与双目视觉模组142的视场角相匹配，同时透镜1444将光束投射形成的光斑的亮度均匀。
可以理解，透镜1444的照度标准偏差表示光束透过透镜1444后形成光斑亮度的均匀程度。照度标准偏差小于或等于目标照度标准偏差时，即可认为光斑亮度基本均匀，有利于提高双目视觉模组142拍摄图像的质量。
请参阅图12，在某些实施方式中，步骤S3包括：
步骤S32’，优化透镜1444的视场角以使透镜1444的视场角达到目标视场角；和
步骤S34’，优化透镜1444的照度标准偏差以使透镜1444的照度标准偏差达到目标照度标准偏差。
如此，可以将透镜1444的视场角和照度标准偏差分别进行优化。在本实施方式中，先进行步骤S32’后进行步骤S34’。步骤S32’中，先优化透镜1444的视场角，使得透镜1444将光束投射至空间形成的光斑可以和双目视觉模组142的视场角相匹配。然后，步骤S34’中，优化透镜1444的照度标准偏差，使得透镜1444的照度标准偏差均达到目标照度标准偏差。透镜1444将光束投射形成的光斑的亮度均匀。可以理解，在其它实施方式中，步骤S32’和步骤S34’的顺序可以调换，即步骤S34’在前，步骤S32’在后。
请参阅图13，在某些实施方式中，凸面14442为非球面。透镜1444的视场角包括垂直视场角和水平视场角，步骤S32’包括：
步骤S322’，添加非球面的非球面系数为变量并设定透镜1444的垂直视场角和水平视场角为优化函数，透镜1444的焦距为约束条件；
步骤S324’，根据优化函数和约束条件优化非球面的非球面系数以使透镜1444的垂直视场角和水平视场角均达到目标垂直视场角和目标水平视场角。
如此，步骤S322’中，添加非球面的非球面系数为进行优化的变量。设定为透镜1444的垂直视场角和水平视场角为优化函数，并确定透镜1444的目标视场角，包括目标垂直视场角和目标水平视场角。设定透镜1444的焦距为约束条件，以使在优化过程中透镜1444的焦距保持不变。步骤S324’中，对非球面的非球面系数的取值进行多次迭代，使得透镜1444的视场角的垂直视场角和水平视场角均不断接近目标垂直视场角和目标水平视场角。最终使得优化后透镜1444的垂直视场角和水平视场角均达到目标垂直视场角和目标水平视场角。
在某些实施方式中，目标垂直视场角和目标水平视场角对应双目视觉模组142的垂直视场角和水平视场角。如此，透镜1444将光束投射至空间形成的光斑可以和双目视觉模组142的视场角相匹配。
请参阅图14，在某些实施方式中，凸面14442为非球面。步骤S34’包括：
步骤S342’，添加非球面的非球面系数为变量并设定透镜1444的照度标准偏差为优化函数，透镜1444的焦距为约束条件；
步骤S344’，根据优化函数和约束条件优化非球面的非球面系数以使透镜1444的照度标准偏差达到目标照度标准偏差。
如此，步骤S342’中，添加非球面的非球面系数为进行优化的变量。设定为透镜1444的照度标准偏差为优化函数，并确定透镜1444的目标照度标准偏差。设定透镜1444的焦距为约束条件，以使在优化过程中透镜1444的焦距保持不变。步骤S344’中，对非球面的非球面系数的取值进行多次迭代，使得照度标准偏差不断接近目标照度标准偏差。最终使得优化后透镜1444的照度标准偏差达到目标照度标准偏差。
在某些实施方式中，非球面系数可以是多个，对应非球面不同阶数的非球面系数。步骤S3中，可以逐渐增加非球面系数作为变量。可以理解，非球面系数对应的阶数越高，优化的结果越精细。当对应低阶的非球面系数优化后无法满足要求时，可以增加对应下一阶的非球面系数进行优化，使得优化函数达到目标值。
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于执行特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的执行，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于执行逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体执行在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来执行。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来执行。例如，如果用硬件来执行，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来执行：具有用于对数据信号执行逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解执行上述实施方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施方式的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式执行，也可以采用软件功能模块的形式执行。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式执行并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (19)

1.一种无人机，其特征在于，包括机身和视觉避障系统，所述视觉避障系统安装在所述机身，所述视觉避障系统包括双目视觉模组和补光装置，所述补光装置位于所述双目视觉模组的两个摄像头之间，所述补光装置包括光源和透镜，所述透镜包括作为入光面的凸面和与所述凸面相背的出光平面，所述凸面为非球面或自由曲面，所述光源设置在所述凸面侧，所述透镜被配置成将所述光源发出的光束投射形成与所述双目视觉模组的视场角相匹配的光斑。
2.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述补光装置的数量是两个，两个所述补光装置形成的光斑在大于距所述机身预设距离的范围基本重合。
3.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述双目视觉模组包括所述无人机的前双目视觉模组、后双目视觉模组和下双目视觉模组中的至少一个。
4.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述透镜满足下列条件式：
11mm≤f≤12mm；
其中，f为所述透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述透镜满足下列条件式：
2mm≤d≤3mm；
其中，d为所述透镜的边缘厚度。
6.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述凸面为非球面，所述透镜满足下列条件式：
5mm≤Ry≤7mm；和
-1≤Ky≤-0.85；
其中，Ry为所述非球面在y方向的曲面半径，Ky为所述非球面在y方向的二次曲面系数。
7.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述凸面为非球面，所述透镜满足下列条件式：
15mm≤Rx≤16mm；和
0.5≤Kx≤1；
其中，Rx为所述非球面在x方向的曲面半径，Kx为所述非球面在x方向的二次曲面系数。
8.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述透镜的适用波长包括可见光和近红外光。
9.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述透镜的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯。
10.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述光源包括发光二极管。
11.一种透镜的设计方法，其特征在于，所述透镜包括作为入光面的凸面和出光平面，所述凸面和所述出光平面位于所述透镜相背的两侧，所述凸面为非球面或自由曲面，所述透镜的设计方法包括以下步骤：
确定所述透镜的尺寸；
优化所述凸面的面型以使所述透镜的焦距达到目标焦距；和
优化所述透镜的视场角和照度标准偏差以使所述透镜的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差。
12.如权利要求11所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述确定所述透镜尺寸的步骤包括：根据所述透镜所应用的产品空间结构确定所述透镜的材料、适用波长、孔径和厚度。
13.如权利要求11所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述凸面为非球面，所述优化所述凸面的面型以使所述透镜的焦距达到目标焦距的步骤包括：
优化所述非球面的曲面半径和二次曲面系数以使所述透镜的焦距达到所述目标焦距。
14.如权利要求13所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述优化所述非球面的曲面半径和二次曲面系数以使所述透镜的焦距达到所述目标焦距的步骤包括：
添加所述曲面半径、所述二次曲面系数为变量并设定所述透镜的焦距为优化函数，所述曲面半径、所述二次曲面系数和所述透镜的边缘厚度为约束条件；和
根据所述优化函数和所述约束条件优化所述曲面半径和所述二次曲面系数以使所述透镜的焦距达到所述目标焦距。
15.如权利要求11所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述目标焦距满足下列条件式：
11mm≤F≤12mm；
其中，F为所述目标焦距。
16.如权利要求11所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述优化所述透镜的视场角和照度标准偏差以使所述透镜的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差的步骤包括：
添加所述非球面的非球面系数为变量并设定所述透镜的视场角和照度标准偏差为优化函数，所述透镜的焦距为约束条件；和
根据优化函数和约束条件优化非球面的非球面系数以使所述透镜的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差。
17.如权利要求11所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述优化所述透镜的视场角和照度标准偏差以使所述透镜的视场角和照度标准偏差均分别达到目标视场角和目标照度标准偏差的步骤包括：
优化所述透镜的视场角以使所述透镜的视场角达到目标视场角；和
优化所述透镜的照度标准偏差以使所述透镜的照度标准偏差达到目标照度标准偏差。
18.如权利要求17所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述凸面为非球面，所述优化所述透镜的视场角以使所述透镜的视场角达到目标视场角的步骤包括：
添加所述非球面的非球面系数为变量并设定所述透镜的垂直视场角和水平视场角为优化函数，所述透镜的焦距为约束条件；
根据所述优化函数和所述约束条件优化所述非球面的非球面系数以使所述透镜的垂直视场角和水平视场角均达到目标垂直视场角和目标水平视场角。
19.如权利要求17所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述凸面为非球面，所述优化所述透镜的照度标准偏差以使所述透镜的照度标准偏差达到目标照度标准偏差的步骤包括：
添加所述非球面的非球面系数为变量并设定所述透镜的照度标准偏差为优化函数，所述透镜的焦距为约束条件；
根据所述优化函数和所述约束条件优化所述非球面的非球面系数以使所述透镜的照度标准偏差达到所述目标照度标准偏差。
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