CN113218362A

CN113218362A - 测距装置

Info

Publication number: CN113218362A
Application number: CN202010070512.0A
Authority: CN
Inventors: 田中知行; 三浦元
Original assignee: MILLET; Techno Holon Corp
Current assignee: MILLET; Techno Holon Corp
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-08-06

Abstract

本发明提供一种能够由比以往更少的部件构成的测距装置。其具备棱镜、透镜、以及摄像元件。来自被摄体的光从不同的两个方向入射到棱镜。棱镜分别将从不同的两个方向入射的第1光和第2光发送到透镜。透镜使从棱镜发送的第1光和第2光在摄像元件的摄像面上成像。摄像面包括相邻的右侧区域和左侧区域，右侧区域和左侧区域是将该摄像面等分而成的区域。从透镜发送的第1光在右侧区域成像，从透镜发送的第2光在左侧区域成像。摄像元件将由第1光成像的右侧图像和由第2光成像的左侧图像发送到控制部。控制部根据从摄像元件发送的右侧图像和左侧图像对被摄体与测距装置之间的距离进行测量。

Description

测距装置

技术领域

本发明涉及一种使用立体相机的测距装置。

背景技术

例如，作为对本车与前车之间的车距、本车与障碍物之间的距离进行测量的技术，存在有立体相机技术。以往的立体相机技术中，根据相对于被摄体具有视差的两个摄像元件的拍摄图像，对被摄体的位置信息进行运算。

近年来，有人提出了一种立体相机，其通过一个摄像元件来拍摄与具备两个摄像元件的立体相机同等的三维影像(例如，参照专利文献1及专利文献2)。

在专利文献1的立体相机中，设置有一对面镜(第1面镜和第2面镜)，并将一个摄像元件的拍摄区域划分为第1区域和第2区域，从而在摄像元件的第1区域对由第1面镜反射的第1影像进行拍摄，并在摄像元件的第2区域对由第2面镜反射的第2影像进行拍摄。

另外，在专利文献2的立体相机中，通过组合棱镜和偏振光分束器，从而将正交的方向上偏振方向不同的存在视差的两个图像的光路重叠在一起，并使重叠的图像在一个摄像元件中成像。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2014-199241号公报

专利文献2：(日本)特开2002-347517号公报

发明内容

发明要解决的问题

在此，上述的专利文献1及专利文献2的立体相机(以下，也称为以往的立体相机)主要设置于汽车，用于车距等的测量。然而，利用立体相机来测量距离的应用程序，不仅在车载用途中存在需求，在各种产业领域中也存在需求。除了车载用途以外，例如可以设想在用于制造微细部件的工业机器人的机械手的前端安装立体相机，测量机械手与机器人要处理的对象物(被摄体)之间的距离等的用途。

并且，车载用的立体相机所测量的车距等例如为数米到数十米的距离，而机械手用的立体相机所测量的机械手与被摄体之间的距离例如为数十cm这样短的距离。而且，在机械手用的立体相机的误差范围被要求例如为数mm或数百μm左右的微小的测量精度。

根据以往的立体相机技术，要利用一个摄像元件获取具有视差的图像时，构成光学系统的部件数变多。其结果，将导致以往的立体相机的整体尺寸变大。因此，在成本方面不利，并且，例如，在安装于机械手前端时，空间上还存在着局限性。另外，以往的立体相机由于所使用的部件数较多，因此，在组合各部件时，各部件之间需要进行光轴对准，在精度调整上花费时间，并且，难以实现上述微小的测量精度。

因此，本发明的目的在于提供一种采用了具备一个摄像元件的立体相机的测距装置，能够由比以往少的部件数构成，适于进行短距离测量。

用于解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的测距装置具备：棱镜、透镜及摄像元件，该三者的中心线一致并依次呈直线状排列配置；以及控制部，与摄像元件连接。来自被摄体的光从不同的两个方向入射到棱镜。棱镜分别将从不同的两个方向入射的第1光和第2光发送到透镜。透镜使从棱镜发送的第1光和第2光成像在摄像元件的摄像面上。摄像面包括相邻的右侧区域和左侧区域，右侧区域和左侧区域是将摄像面等分而成的区域。从透镜发送的第1光在右侧区域成像，从透镜发送的第2光在左侧区域成像。摄像元件将由第1光成像的右侧图像和由第2光成像的左侧图像发送到控制部。控制部根据从摄像元件发送的右侧图像和左侧图像对被摄体与测距装置之间的距离进行测量。

发明效果

根据本发明的测距装置，通过采用一个棱镜、一个透镜及一个摄像元件，即使部件数少于以往技术中的数量，也能够测量与被摄体之间的距离。因此，本发明的测距装置有利于小型化。另外，在本发明的测距装置中，棱镜和透镜之间的光轴、透镜和摄像元件之间的光轴对准即可，这与以往相比，容易维持精度。因此，本发明的测距装置例如能够安装在机械手的前端来使用，可适于空间狭窄且要求微小测量精度的较短距离的测量。

附图说明

图1是示出测距装置的概略图。

图2中的(A)及(B)是示出测距装置所具备的棱镜的概略图。

图3是示出测距装置的控制部进行的处理流程的流程图。

图4是示出测距装置的控制部所获取的图像的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但关于各构成要素的形状、大小和配置关系，只不过是为便于理解本发明所进行的示意性说明。另外，以下，对本发明的优选的结构例进行说明，但各结构要素的材质及数值条件等只不过是单纯的优选例。因此，本发明并不限于以下的实施方式，能够在不脱离本发明的构成范围的情况下进行多种变更或变形以实现本发明的效果。

(结构)

参照图1、图2，对本发明的测距装置的结构进行说明。图1是示出测距装置的概略图。图2中的(A)及(B)是示出测距装置所具备的棱镜的概略图。图2中的(A)是从图1所示的箭头A1的方向观察棱镜的主视图，图2中的(B)是从图1所示的箭头A2的方向观察棱镜的侧视图。

测距装置100构成为具备棱镜10、透镜20、主体部50、以及控制部40。主体部50包括摄像元件30。

棱镜10、透镜20及摄像元件30中心线对齐，并依次排列配置成直线状。

棱镜10是对置的一对底面(上底面111和下底面112)为等腰三角形的三角柱形状。因此，棱镜10具有沿着高度方向的3个面，即，在各底面111和112之间，夹在对置的等边的一方彼此之间的第1面101、夹在对置的等边的另一方彼此之间的第2面102、以及夹在对置的底边彼此之间的第3面103。

另外，在以下的说明中，将沿着棱镜10的上底面111和下底面112以及第3面103的方向设为X轴方向，将与棱镜10的第3面103正交的方向设为Y轴方向，将沿着棱镜10的第1面101、第2面102以及第3面103的方向(棱镜10的高度方向)设为Z轴方向。

在此，在使用测距装置100来测量被摄体200与该测距装置100之间的距离时，使棱镜10的第1面101及第2面102侧(在X轴-Y轴平面视图中的上底面111及下底面112的顶角侧)朝向被摄体200。来自被摄体200的光从不同的两个方向入射到棱镜10。来自被摄体200的光中，来自一方的方向的第1光R1从第1面101入射到棱镜10。另外，来自被摄体200的光中，来自另一方的方向的第2光R2从第2面102入射到棱镜10。

从第1面101入射的第1光R1在该第1面101折射，从第3面103射出。将经过第1面101从第3面103射出的光的路径作为第1路径。另外，从第2面102入射的第2光R2在该第2面102折射，从第3面103射出。将经过第2面102从第3面103射出的光的路径作为第2路径。

另外，棱镜10以第3面103与透镜20的入射侧面21对置的方式配置。并且，棱镜10在第3面103侧与透镜20光学连接。经过第1路径从棱镜10射出的光以及经过第2路径从棱镜10射出的光都被送到透镜20。另外，为了使第3面103与透镜20的入射侧面21正对，并且，调整后述的拍摄元件30拍摄的图像内的被拍摄体的位置，棱镜10能够对相对于透镜20的相对配置进行微调。

透镜20设置于在后述的摄像元件30的摄像面31上成像第1光R1及第2光R2的位置。透镜20使从棱镜10发送的光(第1光R1及第2光R2)成像于拍摄元件30的摄像面31。

主体部50具备摄像元件30，例如为数码相机，与控制部40连接。摄像元件30将拍摄到的图像(成像于摄像面31的图像)作为数字数据发送到控制部40。

摄像面31是沿着X轴-Z轴俯视的平面。摄像面31包括沿着X轴方向相邻的右侧区域和左侧区域，为将该摄像面31等分的区域。并且，在摄像面31的右侧区域，经过第1路径使从棱镜10射出的第1光R1成像。另外，在摄像面31的左侧区域，经由第2路径使从棱镜10射出的第2光R2成像。因此，摄像元件30所拍摄的图像包括在摄像面31的右侧区域成像的右侧图像、以及在左侧区域成像的左侧图像。

控制部40例如由CPU(Central Processing Unit，中央处理器)构成，控制测距装置100整体的操作。控制部40按照规定的控制程序执行各种处理。这些处理的结果等适当地存储在RAM等的存储装置中。

控制部40根据从摄像元件30发送的右侧图像和左侧图像，测量被摄体200与测距装置100之间的距离。

这里，虽然在图1中省略了图示，但也可以与控制部40分开地在主体部50内设置对摄像元件30的图像进行适当处理的控制装置。在这种情况下，能够构成为将主体部50的控制装置与控制部40连接，将进行了数字数据化的图像从主体部50的控制装置发送到控制部40。

(操作)

除了图1、图2之外，还参照图3和图4，对本发明的测距装置的操作进行说明。图3是示出测距装置的控制部所进行的处理流程的流程图。另外，图4是示出测距装置的控制部所获取的图像的概略图。

首先，控制部40获取从摄像元件30发送的包含右侧图像61和左侧图像62的图像60(S1)。

如上所述，右侧图像61是经过第1路径从棱镜10射出的光在摄像面31的右侧区域成像的图像。另外，左侧图像62是经过第2路径从棱镜10射出的光在摄像面31的左侧区域成像的图像。因此，右侧图像61和左侧图像62是从不同的两个方向拍摄被摄体200而得到的图像。因此，在右侧图像61中包含的被摄体200的图像的位置和作为左侧图像62而获取的被摄体200的图像的位置产生了偏移(即视差)。

接着，控制部40分别获取右侧图像61内的右侧部分图像611的位置、以及左侧图像62内的左侧部分图像612的位置(S2)。

右侧部分图像611是右侧图像61中包含的被摄体200的图像。另外，左侧部分图像612是左侧图像62中包含的被摄体200的图像。在图4中，将被摄体200中记载的“A”的文字的部分作为右侧部分图像611和左侧部分图像612。

在从右侧图像61和左侧图像62提取右侧部分图像611和左侧部分图像612时，例如，能够使用对Blob等的图像进行处理的软件。

在该过程中，分别获取右侧部分图像611和左侧部分图像612的沿着X轴方向的位置坐标。在图4中，示出了获取从各图像61和62的左端朝向右端的方向的位置坐标来作为右侧部分图像611的第1位置坐标CR和左侧部分图像612的第2位置坐标CL的例子。

接着，控制部40获取右侧部分图像611的第1位置坐标CR与左侧部分图像612的第2位置坐标CL之差作为视差(S3)。

接着，控制部40将上述的视差转换为距离(S4)。其结果，在测距装置100中，能够根据获取到的图像60来测量被摄体200与测距装置100之间的距离(被摄体200与棱镜10的距离)。

如上所述，在测距装置100中，通过采用一个棱镜10、一个透镜20和一个摄像元件30，即使部件数少于以往技术中的数量，也能够测量与被摄体200之间的距离。因此，测距装置100有利于小型化。另外，在测距装置100中，棱镜10和透镜20间的光轴、以及透镜20和摄像元件30间的光轴对准即可，与以往相比，容易维持精度。因此，测距装置100例如能够安装在机械手的前端来使用，可适于空间狭窄且要求微小测量精度的较短距离的测量。

附图标记说明

10 棱镜

20 透镜

30 摄像元件

40 控制部

50 主体部

100 测距装置

200 被摄体

Claims

1.一种测距装置，其特征在于，具备：

棱镜、透镜及摄像元件，该三者的中心线一致并依次呈直线状排列配置；以及

控制部，与所述摄像元件连接，

其中，

来自被摄体的光从不同的两个方向入射到所述棱镜，

所述棱镜分别将从不同的两个方向入射的第1光和第2光发送到所述透镜，

所述透镜使从所述棱镜发送的所述第1光和所述第2光成像在所述摄像元件的摄像面上，

所述摄像面包括相邻的右侧区域和左侧区域，所述右侧区域和所述左侧区域是将所述摄像面等分而成的区域，从所述透镜发送的所述第1光在所述右侧区域成像，从所述透镜发送的所述第2光在所述左侧区域成像，

所述摄像元件将由所述第1光成像的右侧图像和由所述第2光成像的左侧图像发送到所述控制部，

所述控制部根据从所述摄像元件发送的所述右侧图像和所述左侧图像对所述被摄体与所述测距装置之间的距离进行测量。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，

所述控制部获取右侧部分图像在所述右侧图像中的第1位置坐标和左侧部分图像在所述左侧图像中的第2位置坐标，获取所述第1位置坐标与所述第2位置坐标之差作为视差，并将所述视差转换为距离，由此，对所述被摄体与所述测距装置之间的距离进行测量，其中，所述右侧部分图像是所述右侧图像中包含的所述被摄体的图像，所述左侧部分图像是所述左侧图像中包含的所述被摄体的图像。