CN110460758A - 一种基于激光测距点标识的成像装置及成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光测距点标识的成像装置，包括图像传感器、滤可见光玻璃、激光测距仪、反射镜和镜头，所述镜头和反射镜位于图像传感器和被测物体之间，且所述镜头与被测物体的距离小于反射镜与被测物体的距离；所述滤可见光玻璃闭合时位于图像传感器和镜头之间；所述激光测距仪用于测量被测物体与所述成像装置的距离，所述激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上。本发明提供的一种基于激光测距点标识的成像装置及成像方法，可以确保激光测距仪测量的对象与图像传感器成像的对象为同一对象，对激光测距仪所测量的对象进行有效校准，且本发明装置结构简单，操作方便。

Description

一种基于激光测距点标识的成像装置及成像方法
技术领域
本发明涉及图像传感器领域，具体涉及一种基于激光测距点标识的成像装置及成像方法。
背景技术
目前激光红外测距已经广泛的应用到各个领域，如水利、矿山、城市规划、森林防火、野外营救以及工程测量等，但是现有的激光红外测距技术仍存在着不足，比如距离较远时，若测量区域遮挡物体多，就会无从知晓发出红外的点是否打在了待测距物体上，影响测量结果的准确性，且打在待测距物体的什么位置也是未知的，没有可靠的数据信息为激光测距装置进行分析与校正。
同时，激光红外测距仪同时集成在成像装置中，即在对被测物体成像的同时，对其进行测距；当成像装置与被测物体之间有障碍物时，往往不能确定激光测距仪所测的距离是否为成像装置和成像物体之间的距离，也有可能激光测距仪测量的距离为测距装置与障碍物之间的距离，也即无法确保激光测距的对象是否准确，更无法确定激光测速点为被测物体上的哪一个点。目前，现有技术中激光测距仪测量的距离默认为被测物体与成像装置之间的距离，然而并没有有效的校正方法确认测距装置测量的对象与图像传感器成像的对象是否为同一对象。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于激光测距点标识的成像装置及成像方法，可以在最终形成的被测物体图像上标识出测距点的位置，确保激光测距仪测量的对象与图像传感器成像的对象为同一对象，对激光测距仪所测量的对象进行有效校准，且本发明装置结构简单，操作方便。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于激光测距点标识的成像装置，包括图像传感器、滤可见光玻璃、激光测距仪、反射镜和镜头，其中，所述镜头和反射镜位于图像传感器和被测物体之间，且所述镜头与被测物体的距离小于反射镜与被测物体的距离；所述滤可见光玻璃闭合时位于图像传感器和镜头之间；所述激光测距仪用于测量被测物体与所述成像装置的距离，所述激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上；
所述图像传感器对同一被测物体生成M帧图像数据，其中，M帧图像数据包括A帧标识图像数据和M-A帧可见光图像数据；将标识图像数据与其中一帧可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像，所述激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置；M为大于1的正整数，A为大于0小于M的正整数；
其中，当滤可见光玻璃打开时，所述镜头捕获被测物体的可见光信号，并传输至图像传感器中形成可见光图像数据；当滤可见光玻璃闭合时，所述镜头捕获被测物体的可见光信号和激光信号，且可见光信号被所述滤可见光玻璃过滤，所述激光信号在图像传感器中形成标识图像数据。
进一步地，在可见光图像数据形成过程中，所述激光测距仪发射激光，所述图像传感器形成含有激光点的可见光图像数据。
进一步地，通过标识图像数据中的激光点位置对含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置进行校准，所述含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置对应激光入射在被测物体上的位置。
进一步地，所述M帧图像数据包括一帧标识图像数据和M-1帧可见光图像数据。
进一步地，当M为偶数时，第M/2帧图像为标识图像；当M为奇数时，第(M+1)/2帧图像为标识图像。
一种基于激光测距点标识的成像方法，包括如下步骤：
S01：图像传感器和激光测距仪开始工作，所述图像传感器针对同一被测物体生成M帧图像数据，其中，M帧图像数据包括A帧标识图像数据和M-A帧可见光图像数据；M为大于1的正整数，A为大于0小于M的正整数；
其中，所述激光测距仪用于测量被测物体与成像装置的距离，所述激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上；镜头和反射镜位于图像传感器和被测物体之间，且所述镜头与被测物体的距离小于反射镜与被测物体的距离；滤可见光玻璃闭合时位于图像传感器和镜头之间；
滤可见光玻璃打开时，镜头捕获被测物体的可见光信号，并传输至图像传感器中形成可见光图像数据；滤可见光玻璃闭合，镜头捕获被测物体的可见光信号和激光信号，且可见光信号被所述滤可见光玻璃过滤，所述激光信号在图像传感器中形成标识图像数据；
S02：将其中一帧标识图像数据与其中一帧可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像，所述激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置。
进一步地，所述步骤S02具体包括：
S021：在M-A帧可见光图像数据中选择目标时刻的一帧可见光图像数据；
S022：在A帧标识图像数据中选择与目标时刻的时间间隔最短的一帧标识图像数据；
S023：将选择出来的可见光图像数据和标识图像数据进行拟合，形成目标时刻的含有激光点的校正图像。
进一步地，所述M帧图像数据包括一帧标识图像数据和M-1帧可见光图像数据。
进一步地，当M为偶数时，第M/2帧图像为标识图像；当M为奇数时，第(M+1)/2帧图像为标识图像。
进一步地，在可见光图像数据形成过程中，所述激光测距仪发射激光，所述图像传感器形成含有激光点的可见光图像数据；通过标识图像数据中的激光点位置对含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置进行校准，所述含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置对应激光入射在被测物体上的位置。
本发明的有益效果为：本发明在可见光信号传输路径上添加了滤可见光玻璃，并且滤可见光玻璃在形成可见光图像数据时，处于打开状态，即不在可见光信号传输路径上，在形成标识图像数据时，处于闭合状态，滤掉可见光信号，只保留激光信号；本发明中可见光信号和激光信号在传输至图像传感器时始终保持同一轴心，确保可见光信号和激光信号来自同一被测物体；通过本发明装置和方法，可以在最终形成的被测物体图像上标识出测距点的位置，确保激光测距仪测量的对象与图像传感器成像的对象为同一对象，对激光测距仪所测量的对象进行有效校准；本发明结构简单，操作方便，可广泛适用于激光测距的各个领域进行测距校正。
附图说明
附图1为本发明一种基于激光测距点标识的成像装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如附图1所示，一种基于激光测距点标识的成像装置，包括图像传感器、滤可见光玻璃、激光测距仪、反射镜和镜头，其中，镜头和反射镜位于图像传感器和被测物体之间，且镜头与被测物体的距离小于反射镜与被测物体的距离；滤可见光玻璃闭合时位于图像传感器和镜头之间；激光测距仪用于测量被测物体与成像装置的距离，激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上。镜头用于捕获被测物体上的可见光信号和激光信号，用于对可见光和激光进行聚焦。本发明中可见光信号和激光信号在传输至图像传感器时保持同一轴心，确保可见光信号和激光信号来自同一被测物体。
本发明中激光测距仪发射激光红外线，被反射到被测物体上的激光红外线再沿着原来光路返回到激光测距仪上，激光测距仪根据返回的时间以及可以计算出本发明装置与被测物体之间的距离。本发明可以采用现有技术中任意形式的激光测距仪，只需要确保激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心。虽然激光信号和可见光信号为同一轴心，但两者传输相互独立，且可见光信号进入图像传感器中形成可见光图像数据，或当可见光信号被过滤时，只有激光信号进入图像传感器中形成标识图像数据。在可见光图像数据形成过程中，激光测距仪可以发射激光，此时，可见光图像数据包含标识图像数据，即图像传感器形成含有激光点的可见光图像数据，但因为被测物体颜色、形状以及与图像传感器之间的距离等因素均不确定，激光信号在传输至图像传感器时，其光斑和强度会受到影响，甚至会淹没在可见光图像数据中，即由于被测物体为彩色，无法在可见光图像数据中得到准确的激光点位置。若在可见光图像数据中可以识别出激光点，通过含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置与标识图像数据中的激光点位置的对比，对含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置进行校准：当被测物体为静止物体，如果含有激光点的可见光图像数据中的激光点没有被外界因素影响，则含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置与标识图像数据中的激光点位于图像中的同一位置，该位置对应激光入射在被测物体上的位置，如果含有激光点的可见光图像数据中的激光点被外界因素影响，则含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置没有意义；当被测物体为动态物体时，如果含有激光点的可见光图像数据中的激光点没有被外界因素影响，则含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置与标识图像数据中的激光点在图像中的位置对应被测物体在形成两帧图像间隔时间内的移动轨迹，如果含有激光点的可见光图像数据中的激光点被外界因素影响，则含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置没有意义。也就是说，通过标识图像数据中激光点的位置可以对含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置进行校准，若含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置正确且能够被识别出来，则可以直接将含有激光点的可见光图像数据拟合成校正图像。其中，激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置。由于可见光图像数据中的标识图像数据并不一定会被识别出来，因此，单独生成标识图像数据是十分必要的，标识图像数据形成的标识图像为只含有激光点的黑色图像，对比度明显，且可以将激光点突出拟合在可见光图像中。
在可见光图像数据形成过程中，激光测距仪可以不发射激光，此时，可见光图像数据中并不包含标识图像数据，通过标识图像数据与可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像。
本发明中滤可见光玻璃有两种状态，当其处于打开状态时，其位于可见光信号传播路径的上方或者下方，即确保可见光信号能够达到图像传感器，此时，激光信号也能够到达图像传感器；当其处于闭合状态时，其处于可见光信号的传播路径上，其作用是过滤掉可见光信号，只保留激光信号。本发明中滤可见光玻璃可以如附图1所述位于反射镜和图像传感器之间，也可以位于镜头和反射镜之间，只需达到在闭合状态时，能够过滤掉进入图像传感器中的可见光信号即可。
图像传感器对同一被测物体生成M帧图像数据，其中，M帧图像数据包括A帧标识图像数据和M-A帧可见光图像数据；将其中一帧标识图像数据与其中一帧可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像，激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置；M为大于1的正整数，A为大于0小于M的正整数。当A为大于1的整数时，A帧标识图像数据之间也可以进行对比校正，若被测物体为静止物体，则A帧标识图像数据中激光点的位置相同，若被测物体为动态物体，则A帧标识图像数据中激光点的位置对应被测物体在一定时间内的移动轨迹。
其中，标识图像数据的形成过程为：图像传感器发射脉冲触发信号，滤可见光玻璃接收到该信号时闭合，镜头捕获被测物体的可见光信号和激光信号，且可见光信号被滤可见光玻璃过滤，激光信号在图像传感器中形成标识图像数据。其中，标识图像数据拟合而成的标识图像中只含有一个黑色小点，该黑色小点的位置即为激光测距仪发射的激光入射在被测物体上的位置。其中，滤可见光玻璃接收一次脉冲触发信号进行一次闭合和打开，且其处于闭合状态的时间需要提前设定，该时间与图像传感器的帧率有关。
其中，可见光图像数据的形成过程为：滤可见光玻璃处于打开状态，镜头捕获被测物体的可见光信号，并传输至图像传感器中形成可见光图像数据；可见光图像数据经过拟合形成可见光图像。
通常在形成一个被测物体的含有激光点的校正图像时，只需要形成一个标识图像数据即可，该标识图像数据可以和其余帧的任意可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像。优选地，图像传感器对被测物体进行M帧成像时，选择中间帧形成标识图像数据，例如，当M为偶数时，第M/2帧图像为标识图像；当M为奇数时，第(M+1)/2帧图像为标识图像。本发明中被测物体可能为动态的物体，因此，通常需要形成多帧可见光图像，用于捕捉被测物体不同时间点上的状态。由于多帧图像是在极短时间内连续形成的，而在极短时间内，激光测距仪测量的对象默认为同一对象，因此，只需要形成一帧标识图像即可对激光测距仪测量对象的正确与否进行校准。
本发明提供的一种基于激光测距点标识的成像方法，包括如下步骤：
S01：图像传感器和激光测距仪开始工作，图像传感器针对同一被测物体生成M帧图像数据，其中，M帧图像数据包括A帧标识图像数据和M-A帧可见光图像数据；M为大于1的正整数，A为大于0小于M的正整数。
该方法采用的装置如上所述，其中，可见光图像数据生成方法为：滤可见光玻璃打开时，镜头捕获被测物体的可见光信号，并传输至图像传感器中形成可见光图像数据。
标识图像数据获取方法为：滤可见光玻璃闭合时，镜头捕获被测物体的可见光信号和激光信号，且可见光信号被所述滤可见光玻璃过滤，激光信号在图像传感器中形成标识图像数据。滤可见光玻璃的闭合状态受图像传感器的控制：图像传感器发射脉冲触发信号至滤可见光玻璃，使得滤可见光玻璃闭合，且滤可见光玻璃的闭合时间等于图像传感器形成一帧图像的时间。
通常在形成一个被测物体的含有激光点的校正图像时，只需要形成一个标识图像数据即可，该标识图像数据可以和其余帧的任意可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像。优选地，图像传感器对被测物体进行M帧成像时，选择中间帧形成标识图像数据，例如，当M为偶数时，第M/2帧图像为标识图像；当M为奇数时，第(M+1)/2帧图像为标识图像。
S02：将其中一帧标识图像数据与其中一帧可见光图像数据拟合，形成含有激光点的校正图像，激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置。
步骤S02具体包括：
S021：在M-A帧可见光图像数据中选择目标时刻的一帧可见光图像数据；或者在M-A帧可见光图像数据中经过筛选，选出需要的一帧可见光图像数据；本发明图像传感器形成的M帧图像是依次形成的，具有时间上的先后顺序，因此，每一帧图像数据对应其形成的时刻。
S022：在A帧标识图像数据中选择与目标时刻的时间间隔最短的一帧标识图像数据；本步骤也可以任意选择一帧标识图像数据，当与目标可见光图像数据形成时间间隔越短时，越能反应激光测距点的测量位置。
S023：将选择的可见光图像数据和标识图像数据进行拟合，形成目标时刻的含有激光点的校正图像。
以下通过具体实施例对本发明进行进一步解释说明：
实施例1
一种基于激光测距点标识的成像方法，包括如下步骤：
S01：图像传感器开始工作，形成第1帧可见光图像数据至第24帧可见光图像数据；其中，在形成第1帧可见光图像数据至第24帧可见光图像数据时，镜头捕获被测物体的可见光信号，并传输至图像传感器中，形成可见光图像数据；激光测距仪可以工作也可以不工作；激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上。
S02：图像传感器发射脉冲触发信号至滤可见光玻璃，使得滤可见光玻璃闭合，且滤可见光玻璃的闭合时间等于图像传感器形成一帧图像的时间t；此时，激光测距仪正常工作，镜头同时捕获被测物体的可见光信号和激光信号，其中，可见光信号被滤可见光玻璃过滤掉，只有激光信号进入图像传感器中形成第25帧标识图像数据。
S03：滤可见光玻璃在闭合t时间之后打开，图像传感器继续形成第26帧可见光图像数据至第50帧可见光图像数据。
S04：将第25帧标识图像数据与目标时刻的一帧可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像，或者将第25帧标识图像数据与多个目标时刻对应的可见光图像数据分别进行拟合，形成含有激光点的多个校正图像；且激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置。
实施例2
一种基于激光测距点标识的成像方法，其中，被测物体为静止物体；包括如下步骤：
S01：图像传感器和激光测距仪开始工作，形成97帧可见光图像数据和3帧标识图像数据；其中，激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上。在可见光图像数据形成过程中，激光测距仪发射激光，使得图像传感器形成含有激光点的可见光图像数据。3帧标识图像分别为第20帧、第40帧和第60帧图像。在可见光图像数据中，第70帧的可见光图像数据中的激光点可以被识别。
S02：通过第60帧的标识图像数据中激光点的位置对第70帧的含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置进行校准，若两帧图像中激光点的位置相同，则直接将第70帧的可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像，激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置。
当其他帧的含有激光点的可见光图像数据中的激光点可以被识别时，可以选择与目标帧可见光图像时间间隔最短的一帧标识图像数据对其激光点的位置进行识别，并直接将含有激光点的可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于激光测距点标识的成像装置，其特征在于，包括图像传感器、滤可见光玻璃、激光测距仪、反射镜和镜头，其中，所述镜头和反射镜位于图像传感器和被测物体之间，且所述镜头与被测物体的距离小于反射镜与被测物体的距离；所述滤可见光玻璃闭合时位于图像传感器和镜头之间；所述激光测距仪用于测量被测物体与所述成像装置的距离，所述激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上；
所述图像传感器对同一被测物体生成M帧图像数据，其中，M帧图像数据包括A帧标识图像数据和M-A帧可见光图像数据；将标识图像数据与其中一帧可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像，所述激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置；M为大于1的正整数，A为大于0小于M的正整数；
其中，当滤可见光玻璃打开时，所述镜头捕获被测物体的可见光信号，并传输至图像传感器中形成可见光图像数据；当滤可见光玻璃闭合时，所述镜头捕获被测物体的可见光信号和激光信号，且可见光信号被所述滤可见光玻璃过滤，所述激光信号在图像传感器中形成标识图像数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光测距点标识的成像装置，其特征在于，在可见光图像数据形成过程中，所述激光测距仪发射激光，所述图像传感器形成含有激光点的可见光图像数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光测距点标识的成像装置，其特征在于，通过标识图像数据中的激光点位置对含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置进行校准，所述含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置对应激光入射在被测物体上的位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光测距点标识的成像装置，其特征在于，所述M帧图像数据包括一帧标识图像数据和M-1帧可见光图像数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于激光测距点标识的成像装置，其特征在于，当M为偶数时，第M/2帧图像为标识图像；当M为奇数时，第(M+1)/2帧图像为标识图像。
6.一种基于激光测距点标识的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：图像传感器和激光测距仪开始工作，所述图像传感器针对同一被测物体生成M帧图像数据，其中，M帧图像数据包括A帧标识图像数据和M-A帧可见光图像数据；M为大于1的正整数，A为大于0小于M的正整数；
其中，所述激光测距仪用于测量被测物体与成像装置的距离，所述激光测距仪发射的激光经过反射镜之后与传输至图像传感器的可见光信号保持同一轴心，且被反射到被测物体上；镜头和反射镜位于图像传感器和被测物体之间，且所述镜头与被测物体的距离小于反射镜与被测物体的距离；滤可见光玻璃闭合时位于图像传感器和镜头之间；
滤可见光玻璃打开时，镜头捕获被测物体的可见光信号，并传输至图像传感器中形成可见光图像数据；滤可见光玻璃闭合，镜头捕获被测物体的可见光信号和激光信号，且可见光信号被所述滤可见光玻璃过滤，所述激光信号在图像传感器中形成标识图像数据；
S02：将其中一帧标识图像数据与其中一帧可见光图像数据进行拟合，形成含有激光点的校正图像，所述激光点在校正图像中的位置对应激光入射在被测物体上的位置。
7.根据权利要求6所述的一种基于激光测距点标识的成像方法，其特征在于，所述步骤S02具体包括：
S021：在M-A帧可见光图像数据中选择目标时刻的一帧可见光图像数据；
S022：在A帧标识图像数据中选择与目标时刻的时间间隔最短的一帧标识图像数据；
S023：将选择的可见光图像数据和标识图像数据进行拟合，形成目标时刻的含有激光点的校正图像。
8.根据权利要求6所述的一种基于激光测距点标识的成像方法，其特征在于，所述M帧图像数据包括一帧标识图像数据和M-1帧可见光图像数据。
9.根据权利要求8所述的一种基于激光测距点标识的成像方法，其特征在于，当M为偶数时，第M/2帧图像为标识图像；当M为奇数时，第(M+1)/2帧图像为标识图像。
10.根据权利要求6所述的一种基于激光测距点标识的成像方法，其特征在于，在可见光图像数据形成过程中，所述激光测距仪发射激光，所述图像传感器形成含有激光点的可见光图像数据；通过标识图像数据中的激光点位置对含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置进行校准，所述含有激光点的可见光图像数据中的激光点位置对应激光入射在被测物体上的位置。
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