CN114689014B - 单目相机调焦测距装置、测距方法、存储介质及计算机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单目相机调焦测距装置、测距方法、存储介质及计算机，该装置包括光学成像系统、控制系统及分析系统；光学成像系统包括工业相机及可调焦镜头；控制系统包括光电旋转编码器和嵌入式控制电路，光电旋转编码器包括外层同心环、内层同心环及输出线缆；分析系统用于当接收到旋转角度数据的变化信息时，获取工业相机的图像信息，基于神经网络实例分割模型识别出图像信息中的视觉目标，以生成mask掩膜信息，并根据mask掩膜信息计算出视觉目标的图像清晰度，将图像清晰度与旋转角度数据进行配对存储。本发明通过将距离的测量转换为旋转角度的测量，借助光电旋转编码器进一步实现距离的高精度测量。

Description

单目相机调焦测距装置、测距方法、存储介质及计算机

技术领域

本发明涉及机器视觉与目标识别技术领域，特别涉及一种单目相机调焦测距装置、测距方法、存储介质及计算机。

背景技术

随着经济的飞速发展和人们生活水平的提高，机器视觉距离测量技术已经成为工业生产中一项重要的技术之一。

机器视觉距离测量技术可以运用相机成像的原理和设备测量物体的距离，是基于视觉的长度测量的基础技术。目前采用的测距方法通常为两种，一种是双目测距技术，另一种是结构光学测量。

然而，在双目测距技术中，需要按照固定的距离、相同的视角方向摆放两台相同规格的工业相机，然后测量两台相机的距离，再按照公式计算同时落入两台相机视野中的同一物体与两台相机连线的垂直距离，因此在进行测量之前需要牢牢固定两台相机并精确测量两者距离，前期的校准及安装工作也较为繁琐，而在结构光学测量中，无法依靠单个相机来完成测距，其需要采用复杂的光源辅助相机成像才能够完成长度的测量，同样存在着前期的校准及安装工作较为繁琐的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种单目相机调焦测距装置、测距方法、存储介质及计算机，以至少解决上述技术中的不足。

本发明提出一种单目相机调焦测距装置，包括光学成像系统、控制系统以及分别连接所述光学成像系统和所述控制系统的分析系统：

所述光学成像系统，包括工业相机以及可调焦镜头，所述可调焦镜头用于调节所述工业相机成像的清晰度；

所述控制系统，包括光电旋转编码器和嵌入式控制电路，所述光电旋转编码器包括外层同心环、内层同心环以及输出线缆，所述输出线缆用于输出方波脉冲信号，所述嵌入式控制电路用于根据所述方波脉冲信号计算出所述内层同心环相对所述外层同心环的旋转角度数据和旋转方向数据、以及所述旋转角度数据的变化信息；

所述分析系统用于接收所述旋转角度数据、并向所述嵌入式控制电路发送旋转角度清零指令，以重新设置角度计算的基准点；

所述分析系统还用于当接收到所述旋转角度数据的变化信息时，获取所述工业相机所上传的图像信息，基于神经网络实例分割模型识别出所述图像信息中的视觉目标，以生成所述视觉目标对应的mask掩膜信息，并根据所述mask掩膜信息计算出所述视觉目标的图像清晰度，将所述图像清晰度与所述旋转角度数据进行配对存储。

进一步的，所述嵌入式控制电路包括电源模块、I/O端口以及MCU微处理器，所述电源模块用于为所述嵌入式控制电路和所述光电旋转编码器提供工作电压，所述I/O端口与所述输出线缆相连接，所述MCU微处理器用于根据所述I/O端口接收到的所述方波脉冲信号计算出所述内层同心环相对所述外层同心环的旋转角度数据和旋转方向数据、以及所述旋转角度数据的变化信息。

进一步的，在所述可调焦镜头与所述内层同心环之间设有卡环，所述卡环的内径与所述可调焦镜头的调焦旋钮的外径相同、且在所述卡环的内壁设有凸起部，所述可调焦镜头的调焦旋钮的外壁上对应设有凹槽，所述凸起部用于卡接所述凹槽，所述卡环套接在所述可调焦镜头的调焦旋钮上，以使所述卡环与所述调焦旋钮同步旋转。

进一步的，所述卡环的外壁远离所述工业相机的一端设有卡扣，在所述内层同心环上对应设有缺口，所述卡扣扣接在所述缺口上，以使所述卡环与所述内层同心环同步旋转。

本发明通过光学成像系统、控制系统以及分析系统进行测量静止物体的距离，并且只需要实例分割模型同时识别多个视觉目标，即可同时完成多个物体的距离测量；将距离的测量转换为旋转角度的测量，借助光电旋转编码器进一步实现距离的高精度测量。

本发明还提出一种测距方法，应用于上述的单目相机调焦测距装置，所述测距方法包括以下步骤：

步骤一：按照第一预设方向旋转所述调焦旋钮，以使所述输出线缆输出方波脉冲信号，并根据所述方波脉冲信号计算出所述光电旋转编码器的旋转角度数据以及所述旋转角度数据的变化信息；

步骤二：当接收到所述旋转角度数据的变化信息时，获取所述工业相机所上传的图像信息，基于神经网络实例分割模型识别出所述图像信息中的视觉目标，以生成所述视觉目标对应的mask掩膜信息；

步骤三：根据所述mask掩膜信息计算出所述视觉目标的图像清晰度，并将所述图像清晰度与所述旋转角度数据进行配对存储；

步骤四：当接收到持续变化的旋转角度数据时，将每一次的旋转角度数据重复执行步骤一至步骤三，以得到多组图像清晰度；

步骤五；筛选出所述多组图像清晰度中图像清晰度峰值点，并根据所述图像清晰度峰值点得到其对应的旋转角度数据，利用所述旋转角度数据计算出所述视觉目标与所述工业相机的距离。

进一步的，在所述步骤一之前，所述方法还包括：

测试所述工业相机和所述嵌入式控制电路是否都进入到工作状态；

若所述工业相机和所述嵌入式控制电路都进入到工作状态，建立所述工业相机、所述嵌入式控制电路和所述分析系统的通信连接；

按照第二预设方向同步旋转所述内层同心环和所述可调焦镜头的调焦旋钮，直到所述调焦旋钮到达极限位置，向所述嵌入式控制电路发送旋转角度清零指令，以重新设置角度计算的基准点。

进一步的，所述步骤三包括：

计算出所述图像信息与所述mask掩膜信息重合的所有像素点的二阶偏微分；

根据所述所有像素点的二阶偏微分计算对应的方差，根据所述方差计算出所述视觉目标的图像清晰度。

进一步的，所述步骤五中利用所述旋转角度数据计算出所述视觉目标与所述工业相机的距离的计算公式为：

；

式中，x表示图像清晰度峰值点对应的旋转角度数据，y表示视觉目标与工业相机的距离，

表示镜头焦距，d表示可调焦镜头的调焦旋钮每旋转一度角时，镜头平移的距离，

表示第一修正系数，用于矫正镜头的计算误差，

表示第二修正系数，用于矫正底座的计算误差。

本发明还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的测距方法。

本发明还提出一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的测距方法。

本发明上述的测距方法、存储介质以及计算机，应用于上述的单目相机调焦测距装置，通过光学成像系统、控制系统以及分析系统进行测量静止物体的距离，并且只需要实例分割模型同时识别多个视觉目标，即可同时完成多个物体的距离测量；通过根据每个视觉目标各自的mask掩膜分别计算每个视觉目标的清晰度值，与旋转角度数据配对存储，进而根据该清晰度值的峰值点对应的旋转角度数据计算出该视觉目标与工业相机的距离；通过将距离的测量转换为旋转角度的测量，借助光电旋转编码器进一步实现距离的高精度测量。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的单目相机调焦测距装置的爆炸示意图；

图2为本发明第一实施例中的单目相机调焦测距装置的安装示意图；

图3为本发明第二实施例中的测距方法的流程图；

图4为本发明另一实施例中的测距方法的流程图；

图5为图3中步骤S103的详细流程图；

图6为本发明第三实施例中的计算机的结构框图。

主要元件符号说明：

存储器	10	可调焦镜头	2
				处理器	20	光电旋转编码器	3
计算机程序	30	卡环	4
				工业相机	1	塑料底座	5

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的单目相机调焦测距装置，包括光学成像系统、控制系统以及分别连接所述光学成像系统和所述控制系统的分析系统：

所述光学成像系统包括工业相机1、带有焦距调节旋钮的镜头以及USB接口，所述工业相机1的底座通过螺丝固定在塑料底座5上，所述工业相机1与镜头通过C/CS螺纹接口对接，所述带有焦距调节旋钮的镜头用于调节所述工业相机1成像的清晰度，所述工业相机1通过所述USB接口与终端设备相连接；

所述控制系统包括光电旋转编码器3和嵌入式控制电路，所述光电旋转编码器3包括外层同心环、内层同心环、输出线缆以及供电线缆，外层同心环固定于所述塑料底座5上，所述内层同心环能够围绕其圆心旋转，在本实施例中，输出线缆以及供电线缆采用一根五芯电缆的方式，其中，该五芯电缆中两芯作为供电线缆，其用于给光电旋转编码器3供电，接入额定电压可以使光电旋转编码器3进入工作状态；另外三芯作为输出线缆，用于输出A、B、Z三路方波脉冲信号，所述嵌入式控制电路用于根据上述的方波脉冲信号计算出所述内层同心环相对所述外层同心环的旋转角度数据和旋转方向数据、以及所述旋转角度数据的变化信息。

具体的，在所述可调焦镜头2与所述内层同心环之间设有卡环4，所述卡环4的内径与所述可调焦镜头2的调焦旋钮的外径相同、且在所述卡环4的内壁设有凸起部，所述可调焦镜头2的调焦旋钮的外壁上对应设有凹槽，所述凸起部用于卡接所述凹槽，所述卡环4套接在所述可调焦镜头2的调焦旋钮上，使卡环4与调焦旋钮保持同步旋转；所述卡环4的外壁远离所述工业相机1的一端设有卡扣，在所述内层同心环上对应设有缺口，所述卡扣扣接在所述缺口上，以使所述卡环4与所述内层同心环同步旋转。

可以理解的，所述卡环4的内径与所述可调焦镜头2的调焦旋钮的外径相同，并在卡环4的内壁设置凸起部，将所述凸起部卡住所述调焦旋钮上的凹槽内，确保卡环4套接在所述可调焦镜头2的调焦旋钮上，以使两者能够同步旋转；另外，所述卡环4的外径与所述光电旋转编码器3内层同心环的内径相同，并在所述卡环4远离所述工业相机1的一端设置卡扣，能够扣在所述光电旋转编码器3内层同心环的缺口位置上，确保卡环4塞入光电旋转编码器3的内层同心环的中心孔之后，两者之间能够同步旋转，由此可知，卡环4的作用是将可调焦镜头2的调焦旋钮与光电旋转编码器3的内层同心环绑定，确保两者同步旋转，尽量缩小运用光电旋转编码器3测量工业相机1镜头调焦旋钮的旋转角度的测量误差。

进一步的，所述嵌入式控制电路包括电源模块、I/O端口以及MCU微处理器，所述电源模块用于为所述嵌入式控制电路和所述光电旋转编码器3提供工作电压，所述I/O端口与所述输出线缆相连接，所述MCU微处理器用于根据所述I/O端口接收到的所述方波脉冲信号计算出所述内层同心环相对所述外层同心环的旋转角度数据和旋转方向数据、以及所述旋转角度数据的变化信息。

可以理解的，所述电源模块能够将市电电压转换为嵌入式控制电路、光电旋转编码器3的工作电压，并通过电压输出端口与上述的供电线缆相连接，I/O端口与上述的输出线缆相连接，MCU微处理器模块根据I/O端口接收到的光电旋转编码器3的A相脉冲信号的个数和A、B两相信号的相位关系来计算光电旋转编码器3内层同心环相对于外层同心环的旋转角度数据和旋转方向数据、以及所述旋转角度数据的变化信息。

在本实施例中，所述分析系统和所述终端设备通过两路USB接口分别与所述工业相机1和所述嵌入式控制电路相连，与嵌入式控制电路相连的USB接口用于接收旋转角度数据，并允许用户通过所述分析系统的交互界面向嵌入式控制电路发送旋转角度清零指令，即重新设置角度计算的基准点；而另一路USB接口与所述工业相机1相连，当每次接收到嵌入式控制电路上传的旋转角度数据的变化信息之后，就向该工业相机1发送采集图像的指令，接收工业相机1上传的图像信息，再基于神经网络实例分割模型识别图像信息中的视觉目标，生成视觉目标对应的mask掩膜信息，根据mask信息计算视觉目标的图像清晰度，并将该图像清晰度数值与旋转角度数据配对存储，旋转调焦镜头的过程中获得一系列配对好的图像清晰度与旋转角度数据，查找图像清晰度的峰值点，找到对应的旋转角度，代入公式即可计算视觉目标与相机的距离。

以下为上述单目相机调焦测距装置的安装步骤，安装完成后的单目相机调焦测距装置如图2所示：

1) 将卡环4插入到光电旋转编码器3的内层同心环的中心孔中，插入过程中确保卡环4外侧端的卡扣对准光电旋转编码器3的内层同心环侧面的缺口，当卡环4完全插入光电旋转编码器3的内层同心环的中心孔之后，卡环4上的卡扣恰好能够插入光电旋转编码器3的内层同心环的侧面的缺口中，确保卡环4与光电旋转编码器3的内层同心环保持同步旋转运动；

2) 将光电旋转编码器3放置在塑料底座5上的半圆形凹槽中，光电旋转编码器3的外层同心环与塑料底座5固定，以使光电旋转编码器3固定在塑料底座5上；

3) 将可调焦镜头2从工业相机1上拆下来，将该可调焦镜头2从光电旋转编码器3靠近相机的一侧插入卡环4的中心孔中，插入之前先观察可调焦镜头2的调焦旋钮上的凹槽的位置，确保卡环4内壁上的凸起部与该调焦旋钮上的凹槽对准，将调焦旋钮部分缓慢插入卡环4的中心孔，插入过程中注意按住卡环4，防止镜头将卡环4从光电旋转编码器3中顶出来；

4) 将工业相机1放置在塑料底座5上，C/CS接口与镜头对准，逆时针轻轻旋转塑料卡环4，带动镜头与工业相机1的C/CS接口装配牢固；

5) 将工业相机1固定在塑料底座5上；

6) 检查卡环4是否被工业相机1顶出来，慢慢塞进去，确保装置整体结构稳定。

综上，本发明上述实施例中的单目相机调焦测距装置，通过光学成像系统、控制系统以及分析系统进行测量静止物体的距离，并且只需要实例分割模型同时识别多个视觉目标，即可同时完成多个物体的距离测量；将距离的测量转换为旋转角度的测量，借助光电旋转编码器进一步实现距离的高精度测量。

实施例二

请参阅图3，所示为本发明第二实施例中的测距方法，应用于上述的单目相机调焦测距装置，所述测距方法包括以下步骤S101至S105：

S101，按照第一预设方向旋转所述调焦旋钮，以使所述输出线缆输出方波脉冲信号，并根据所述方波脉冲信号计算出所述光电旋转编码器的旋转角度数据以及所述旋转角度数据的变化信息；

具体实施时，将工业相机和可调焦镜头调整完成后，按照第一预设方向（顺时针）旋转该可调焦镜头的调焦旋钮，所述光电旋转编码器的输出线缆输出A、B、Z三路方波脉冲信号至所述嵌入式控制电路，该嵌入式控制电路根据A相脉冲个数和A、B两相的相位关系计算光电旋转编码器的旋转角度，也就是工业相机调焦旋钮的旋转角度以及所述旋转角度数据的变化信息，并将计算结果发送给所述分析系统。

在一些可选实施例中，请参阅图4，所述步骤S101之前，所述方法还包括步骤S201~S203：

S201，测试所述工业相机和所述嵌入式控制电路是否都进入到工作状态；

S202，若所述工业相机和所述嵌入式控制电路都进入到工作状态，建立所述工业相机、所述嵌入式控制电路和所述分析系统的通信连接；

S203，按照第二预设方向同步旋转所述内层同心环和所述可调焦镜头的调焦旋钮，直到所述调焦旋钮到达极限位置，向所述嵌入式控制电路发送旋转角度清零指令，以重新设置角度计算的基准点。

在具体实施时，将上述的工业相机、上述的嵌入式控制电路的USB接口均与上述的终端设备相连接，利用安装在所述终端设备上的分析系统测试两路USB接口是否都进入到工作状态，若测试失败则检查上述的工业相机和嵌入式控制电路的功能是否完好，直到测试成功后，建立工业相机、嵌入式控制电路和分析系统的通信连接。

按照第二预设方向（逆时针）转动上述的卡环，带动光电旋转编码器内层同心环、可调焦镜头上的调焦旋钮同步旋转，直到该调焦旋钮到达极限位置，无法再转动为止，此时在上述的分析系统上点击归零按钮，触发旋转角度清零指令，以使旋转角度值归零，重新设置角度计算的基准点。

S102，当接收到所述旋转角度数据的变化信息时，获取所述工业相机所上传的图像信息，基于神经网络实例分割模型识别出所述图像信息中的视觉目标，以生成所述视觉目标对应的mask掩膜信息；

在具体实施时，当上述的分析系统接收到嵌入式控制电路发送的旋转角度数据的变化信息时，控制工业相机采集图像，采用神经网络实例分割模型识别出该图像信息中的视觉目标，生成该视觉目标对应的mask掩膜信息。

S103，根据所述mask掩膜信息计算出所述视觉目标的图像清晰度，并将所述图像清晰度与所述旋转角度数据进行配对存储；

进一步的，请参阅图5，所述步骤S103具体包括步骤S1031~S1032：

S1031，计算出所述图像信息与所述mask掩膜信息重合的所有像素点的二阶偏微分；

S1032，根据所述所有像素点的二阶偏微分计算对应的方差，根据所述方差计算出所述视觉目标的图像清晰度。

在具体实施时，分析系统计算图像信息中与上述的mask掩膜重合的所有像素点的清晰度值，清晰度值的计算采用拉普拉斯算子，先计算mask掩膜覆盖范围内每个像素点的二阶偏微分，再计算所有二阶偏微分的方差，用这个方差值作为图像清晰度的评价标准，将得到的图像清晰度与上述的光电旋转编码器的旋转角度数据配对存储。

S104，当接收到持续变化的旋转角度数据时，将每一次的旋转角度数据重复执行步骤S101至步骤S103，以得到多组图像清晰度；

S105，筛选出所述多组图像清晰度中图像清晰度峰值点，并根据所述图像清晰度峰值点得到其对应的旋转角度数据，利用所述旋转角度数据计算出所述视觉目标与所述工业相机的距离。

在具体实施时，连续旋转所述调焦旋钮，分析系统会接收到持续变化的旋转角度数据，每接收到一次数据就执行一次上述步骤S101至步骤S103，并检测图像清晰度的变化情况，当图像清晰度发生一次显著的由小变大，再变小的峰值过程后，此时，工业相机的焦距调节过程完成，从记录下来的图像清晰度与旋转角度数据的序列中找到图像清晰度的峰值点，以及对应的旋转角度数据；

将上述得到的旋转角度数据代入下述公式即可得到视觉目标与工业相机的距离：

；

式中，x表示图像清晰度峰值点对应的旋转角度数据，y表示视觉目标与工业相机的距离，

表示镜头焦距，d表示可调焦镜头的调焦旋钮每旋转一度角时，镜头平移的距离，

表示第一修正系数，用于矫正镜头的计算误差，

表示第二修正系数，用于矫正底座的计算误差。

上述公式中存在三个待定参数

、

、

，对于由不同规格的工业相机、镜头、旋转编码器、底座组成的单目相机调焦测距装置，这三个参数的值是各不相同的，当单目相机调焦测距装置组装完成之后，这三个参数的值将不再发生变化。因此需要在单目相机调焦测距装置组装完成后对距离计算公式中的三个参数进行标定。本实施例还提供了一种参数标定方法，用于计算上述的三个参数的值，包括以下步骤：

步骤一：将相机标定板固定在垂直墙面上适当的高度，确保在相机标定板正前方沿着垂直于相机标定板的直线方向移动单目相机调焦测距装置时，工业相机始终能够采集到相机标定板的图像；

步骤二：在固定好的相机标定板的正前方等间距设置4~6个便于测量的距离，做好标记线；

步骤三：每次选择一个距离值，将单目相机调焦测距装置底座前缘与水平面接触的棱线对齐标记线摆放好，以标定板为视觉目标，按照上面测量方法的步骤S101至步骤S104进行操作，收集到该设定距离情况下，清晰度值的峰值点对应的旋转角度值；

步骤四：重复上述步骤三，采集到上述4~6个设定距离以相机标定板为视觉目标获取到的图像清晰度峰值点对应的旋转角度值，将每种距离对应的距离值与清晰度峰值点的旋转角度值按照配对关系录入到分析软件中，分析软件就能自动计算距离计算公式中三个待定参数的值，从而确定上述的距离计算公式的函数表达式。

综上，本发明上述实施例中的测距方法，应用于上述的单目相机调焦测距装置，通过光学成像系统、控制系统以及分析系统进行测量静止物体的距离，并且只需要实例分割模型同时识别多个视觉目标，即可同时完成多个物体的距离测量；通过根据每个视觉目标各自的mask掩膜分别计算每个视觉目标的清晰度值，与旋转角度数据配对存储，进而根据该清晰度值的峰值点对应的旋转角度数据计算出该视觉目标与工业相机的距离；通过将距离的测量转换为旋转角度的测量，借助光电旋转编码器进一步实现距离的高精度测量。

实施例三

本发明还提出一种计算机，请参阅图6，所示为本发明第三实施例中的计算机，包括存储器10、处理器20以及存储在所述存储器10上并可在所述处理器20上运行的计算机程序30，所述处理器20执行所述计算机程序30时实现上述的测距方法。

其中，存储器10至少包括一种类型的存储介质，所述存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器10在一些实施例中可以是计算机的内部存储单元，例如该计算机的硬盘。存储器10在另一些实施例中也可以是外部存储装置，例如插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器10还可以既包括计算机的内部存储单元也包括外部存储装置。存储器10不仅可以用于存储安装于计算机的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

其中，处理器20在一些实施例中可以是电子控制单元 (Electronic ControlUnit，简称ECU，又称行车电脑)、中央处理器（Central Processing Unit, CPU）、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器10中存储的程序代码或处理数据，例如执行访问限制程序等。

需要指出的是，图6示出的结构并不构成对计算机的限定，在其它实施例当中，该计算机可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本发明实施例还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的测距方法。

本领域技术人员可以理解，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，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现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，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。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实现。例如，如果用硬件来实现，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它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现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。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种单目相机调焦测距装置，其特征在于，包括光学成像系统、控制系统以及分别连接所述光学成像系统和所述控制系统的分析系统：

所述光学成像系统，包括工业相机以及可调焦镜头，所述可调焦镜头用于调节所述工业相机成像的清晰度；

所述控制系统，包括光电旋转编码器和嵌入式控制电路，所述光电旋转编码器包括外层同心环、内层同心环以及输出线缆，所述输出线缆用于输出方波脉冲信号，所述嵌入式控制电路用于根据所述方波脉冲信号计算出所述内层同心环相对所述外层同心环的旋转角度数据和旋转方向数据、以及所述旋转角度数据的变化信息；

在所述可调焦镜头与所述内层同心环之间设有卡环，所述卡环的内径与所述可调焦镜头的调焦旋钮的外径相同、且在所述卡环的内壁设有凸起部，所述可调焦镜头的调焦旋钮的外壁上对应设有凹槽，所述凸起部用于卡接所述凹槽，所述卡环套接在所述可调焦镜头的调焦旋钮上，以使所述卡环与所述调焦旋钮同步旋转，所述卡环的外壁远离所述工业相机的一端设有卡扣，在所述内层同心环上对应设有缺口，所述卡扣扣接在所述缺口上，以使所述卡环与所述内层同心环同步旋转；

所述分析系统用于接收所述旋转角度数据、并向所述嵌入式控制电路发送旋转角度清零指令，以重新设置角度计算的基准点；

所述分析系统还用于当接收到所述旋转角度数据的变化信息时，获取所述工业相机所上传的图像信息，基于神经网络实例分割模型识别出所述图像信息中的视觉目标，以生成所述视觉目标对应的mask掩膜信息，并根据所述mask掩膜信息计算出所述视觉目标的图像清晰度，将所述图像清晰度与所述旋转角度数据进行配对存储，在旋转所述调焦镜头的过程中获得多个配对存储的图像清晰度与旋转角度数据，查找图像清晰度的峰值点，找到所述图像清晰度的峰值点对应的旋转角度，以计算出所述视觉目标与所述工业相机的距离。

2.根据权利要求1所述的单目相机调焦测距装置，其特征在于，所述嵌入式控制电路包括电源模块、I/O端口以及MCU微处理器，所述电源模块用于为所述嵌入式控制电路和所述光电旋转编码器提供工作电压，所述I/O端口与所述输出线缆相连接，所述MCU微处理器用于根据所述I/O端口接收到的所述方波脉冲信号计算出所述内层同心环相对所述外层同心环的旋转角度数据和旋转方向数据、以及所述旋转角度数据的变化信息。

3.一种测距方法，应用于权利要求2所述的单目相机调焦测距装置，其特征在于，所述测距方法包括以下步骤：

步骤一：按照第一预设方向旋转所述调焦旋钮，以使所述输出线缆输出方波脉冲信号，并根据所述方波脉冲信号计算出所述光电旋转编码器的旋转角度数据以及所述旋转角度数据的变化信息；

步骤二：当接收到所述旋转角度数据的变化信息时，获取所述工业相机所上传的图像信息，基于神经网络实例分割模型识别出所述图像信息中的视觉目标，以生成所述视觉目标对应的mask掩膜信息；

步骤三：根据所述mask掩膜信息计算出所述视觉目标的图像清晰度，并将所述图像清晰度与所述旋转角度数据进行配对存储；

步骤四：当接收到持续变化的旋转角度数据时，将每一次的旋转角度数据重复执行步骤一至步骤三，以得到多组图像清晰度；

步骤五；筛选出所述多组图像清晰度中图像清晰度峰值点，并根据所述图像清晰度峰值点得到其对应的旋转角度数据，利用所述旋转角度数据计算出所述视觉目标与所述工业相机的距离。

4.根据权利要求3所述的测距方法，其特征在于，在所述步骤一之前，所述方法还包括：

测试所述工业相机和所述嵌入式控制电路是否都进入到工作状态；

若所述工业相机和所述嵌入式控制电路都进入到工作状态，建立所述工业相机、所述嵌入式控制电路和所述分析系统的通信连接；

按照第二预设方向同步旋转所述内层同心环和所述可调焦镜头的调焦旋钮，直到所述调焦旋钮到达极限位置，向所述嵌入式控制电路发送旋转角度清零指令，以重新设置角度计算的基准点。

5.根据权利要求3所述的测距方法，其特征在于，所述步骤三包括：

计算出所述图像信息与所述mask掩膜信息重合的所有像素点的二阶偏微分；

根据所述所有像素点的二阶偏微分计算对应的方差，根据所述方差计算出所述视觉目标的图像清晰度。

6.根据权利要求3所述的测距方法，其特征在于，所述步骤五中利用所述旋转角度数据计算出所述视觉目标与所述工业相机的距离的计算公式为：

；

式中，x表示图像清晰度峰值点对应的旋转角度数据，y表示视觉目标与工业相机的距离，

表示镜头焦距，d表示可调焦镜头的调焦旋钮每旋转一度角时，镜头平移的距离，

表示第一修正系数，用于矫正镜头的计算误差，

表示第二修正系数，用于矫正底座的计算误差。

7.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求3至6任一所述的测距方法。

8.一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求3至6任一所述的测距方法。

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