CN205748356U - 一种拍摄装置和测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拍摄装置和测距系统，涉及3D扫描技术及其他通过摄像头测距的领域，用以解决现有技术的拍摄装置因包含两个摄像头而导致体积较大的问题，进而导致测距系统体积较大的问题。一种拍摄装置包括：摄像头，所述摄像头包括透镜模块和图像检测器；转动机构，所述转动机构与所述摄像头连接，用于带动所述摄像头转动，使得所述摄像头的中轴线绕一固定点从第一位置转动到第二位置，所述摄像头的中轴线在所述第一位置时，物点在所述图像检测器上形成第一像点，所述摄像头的中轴线在所述第二位置时，物点在所述图像检测器上形成第二像点，其中，所述固定点非所述透镜模块的中心。

Description

一种拍摄装置和测距系统

技术领域

本实用新型涉及3D扫描技术及其他通过摄像头测距的领域，尤其涉及一种拍摄装置和测距系统。

背景技术

3D扫描技术是近年来被广泛关注的技术领域。3D扫描技术的基础是，3D扫描器件通过测距系统输出前方某一物点距离3D扫描器件的距离。

现有技术中的测距系统参考图1，采用两个摄像头(拍摄装置)完成物体的测距，每个摄像头包括一个透镜组和一个CCD。根据相似三角形原理，就可以得出：

$\frac{s_1}{x_1}=\frac{L}{f^{\′}};\frac{s_2}{x_2}=\frac{L}{f^{\′}};b=s_1+s_2$

其中，透镜组的焦距等于或近似等于透镜组与CCD像面的距离为f’。A为实际的物点，s1+s2＝b为两个摄像头中心的间距，L为被测距离。x₁为在CCD1上A点到中心点的距离；x₂为在CCD2上A点到中心点的距离。

从而，得到被测距离L为：

$L=\frac{{\mathrm{bf}}^{,}}{x_1+x_2}$

由此可以看出，该测距系统需要两个摄像头，体积较大，且如果需要测量更长距离，需要使其臂长(两个摄像头之间的距离)更长，但是这无疑会增加器件的体积，造成使用和携带不便。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种拍摄装置和测距系统，用于解决现有技术的拍摄装置因包含两个摄像头而导致体积较大的问题，进而导致测距系 统体积较大的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种拍摄装置，包括：

摄像头，所述摄像头包括透镜模块和图像检测器；

转动机构，所述转动机构与所述摄像头连接，用于带动所述摄像头转动，使得所述摄像头的中轴线绕一固定点从第一位置转动到第二位置，所述摄像头的中轴线在所述第一位置时，物点在所述图像检测器上形成第一像点，所述摄像头的中轴线在所述第二位置时，物点在所述图像检测器上形成第二像点，其中，所述固定点非所述透镜模块的中心。

可选的，所述固定点为所述摄像头的中轴线与所述图像检测器的交点。

可选的，位于所述第一位置的所述摄像头的中轴线、以及位于所述第二位置的所述摄像头的中轴线位于中轴旋转面上，所述中轴旋转面为所述图像检测器一对称轴的中垂面。

可选的，所述摄像头的中轴线可沿着所述中轴旋转面，从所述第一位置旋转至所述第二位置。

可选的，位于所述第一位置的中轴线或位于所述第二位置的中轴线沿测距方向延伸。

可选的，位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线呈第一分布状态或第二分布状态；其中，所述第一分布状态为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方向延伸、另一条位于所述测距方向的顺时针方向上，所述第二分布状态为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方向延伸、另一条位于所述测距方向的逆时针方向上。

可选的，所述拍摄装置还包括角度测量模块，所述角度测量模块与所述转动机构或所述摄像头连接。

可选的，所述转动机构还包括限位件，用于将所述摄像头的中轴线限定在所述第一位置或所述第二位置，以使得转动角为预设值，所述转动角为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线之间的夹角。

可选的，所述拍摄装置还包括：拍摄控制器，所述拍摄控制器与所述摄像头连接，用于在所述摄像头的中轴线处于所述第一位置时控制所述摄像头拍摄第一图像，在摄像头的中轴线由所述转动机构带动转到所述第二位置时控制所述摄像头拍摄第二图像。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种测距系统，包括：上述任一种所述的拍摄装置；以及，处理模块，所述处理模块用于根据第一像点相对于固定点的位置信息、第二像点相对于所述固定点的位置信息、位于第一位置的中轴线与透镜模块的交点相对于所述固定点的位置信息、以及位于第二位置的中轴线与所述透镜模块的交点相对于所述固定点的位置信息，计算物点相对于所述固定点或摄像头在测距方向上的距离。

可选的，在位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线呈第一分布状态或第二分布状态的情况下，所述测距系统还包括控制模块，所述控制模块与所述转动机构连接，用于在接收第一控制信号时，控制所述转动机构的转动，以使得在所述转动机构的带动下所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线呈第一分布状态；还用于在接收第二控制信号时，控制所述转动机构的转动，以使得在所述转动机构的带动下所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线呈第二分布状态。

可选的，位于所述第一位置的中轴线与所述透镜模块的交点相对于所述固定点的位置信息、以及位于所述第二位置的中轴线与所述透镜模块的交点相对于所述固定点的位置信息两者可根据转动角相互转换得到，其中，所述转动角θ为所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线之间的夹角。

可选的，所述固定点为所述摄像头的中轴线与所述图像检测器的交点。

可选的，所述位于第一位置的所述摄像头的中轴线、以及所述位于第二位置的所述摄像头的中轴线位于中轴旋转面上，所述中轴旋转面为所述图像检测器一对称轴的中垂面。

可选的，所述摄像头的中轴线可沿着所述中轴旋转面，从所述第一位 置旋转至所述第二位置。

可选的，所述位于第一位置的中轴线或所述位于第二位置的中轴线沿所述测距方向延伸。

可选的，所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线呈第一分布状态或第二分布状态；其中，所述第一分布状态为所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方向延伸、另一条位于所述测距方向的顺时针方向上，所述第二分布状态为所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方向延伸、另一条位于所述测距方向的逆时针方向上。

可选的，所述固定点为所述摄像头的中轴线与所述图像检测器的交点，所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线呈第一分布状态；所述处理模块具体用于根据第一算法求取所述物点相对于所述固定点在测距方向上的距离L，或者，根据第二算法求取所述物点相对于所述摄像头在测距方向上的距离D；

所述第一算法为，

所述第二算法为，

其中，f为摄像头的焦距，θ为转动角，x₁为摄像头的中轴线沿所述测距方向延伸时所述图像检测器上的像点(第一像点/第二像点)在所述中轴旋转面上投影的横坐标，x₂为摄像头的中轴线位于所述测距方向的顺时针方向上时所述图像检测器上的像点(第二像点/第一像点)在所述中轴旋转面上投影的横坐标。

可选的，所述固定点为所述摄像头的中轴线与所述图像检测器的交点，所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线呈第二分布状态；所述处理模块具体用于根据第一算法求取所述物点相对于所述固定 点在测距方向上的距离L，或者，根据第二算法求取所述物点相对于所述摄像头在测距方向上的距离D；

所述第一算法为，

所述第二算法为，

其中，f为摄像头的焦距，θ为转动角，x₁为摄像头的中轴线沿所述测距方向延伸时所述图像检测器上的像点(第一像点/第二像点)在所述中轴旋转面上投影的横坐标，x₂为摄像头的中轴线位于所述测距方向的逆时针方向上时所述图像检测器上的像点(第二像点/第一像点)在所述中轴旋转面上投影的横坐标。

可选的，所述处理模块由多个硬件计算模块连接而成，以计算所述物点到所述固定点或所述摄像头的距离。

可选的，所述测距系统还包括：角度测量模块，与所述转动机构或所述摄像头连接，用于测量所述摄像头的中轴线从第一位置转到第二位置的所述转动角。

可选的，所述转动机构还包括限位件，用于将所述摄像头的中轴线限定在所述第一位置或所述第二位置，以使得所述转动角为预设值。

可选的，所述测距系统还包括：拍摄控制器，所述拍摄控制器与所述摄像头连接，用于在所述摄像头的中轴线处于所述第一位置时控制所述摄像头拍摄第一图像，在摄像头的中轴线由所述转动机构带动转到所述第二位置时控制所述摄像头拍摄第二图像；图像分析模块，用于根据所述第一图像获取所述第一像点相对于所述固定点的位置信息，根据所述第二图像获取所述第二像点相对于所述固定点的位置信息。

本实用新型实施例提供了一种拍摄装置和测距系统，其中拍摄装置中采用了一可旋转的摄像头以及转动机构，转动机构可带动摄像头转动，使 得在摄像头旋转前一物点可以在图像检测器上成像，在摄像头旋转后该物点可在图像检测器上第二次成像，从而得到同一物点的两个像点。相比于现有技术而言，本实用新型实施例可以通过一个摄像头得到同一物点的两个像点，因而该拍摄装置具有较小的体积。进一步的，可以将这种拍摄装置设置在测距系统中，从而可以减小测距系统的体积。

附图说明

图1为现有技术提供的测距系统的示意图；

图2本实用新型实施例提供了一种测距系统的示意图；

图3为图2所示测距系统的光路成像示意图图；

图4a为图2中摄像头的中轴线处于第一位置时，将图3投影到XoY平面上的示意图；

图4b为图2中摄像头的中轴线顺时针旋转到第二位置时，将图3投影到XoY平面上的示意图；

图5a为图2中摄像头的中轴线处于第一位置时，测距系统的光路投影到XoY平面上的示意图；

图5b为图2中摄像头的中轴线逆时针旋转到第二位置时，测距系统的光路投影到XoY平面上的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种测距系统的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的再一种测距系统的示意图；

图8为本实用新型实施例提供一种拍摄装置的结构示意图。

附图标记：

1-测距系统，11-摄像头，12-转动机构，111-透镜模块，112-图像检测器，2-拍摄装置。

具体实施方式

为了便于清楚描述本实用新型实施例的技术方案，在本实用新型的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

本实用新型实施例的工作原理在于，使用一个可旋转的摄像头，在该摄像头旋转前可拍摄到一物点所形成的一个像点(称为第一像点)，在该摄像头旋转后可拍摄到该物点所形成的另一个像点(称为第二像点)，物点和第一像点所在的直线与该物点和第二像点所在的直线交于该物点所在位置。从而，可基于此可构造出用于计算被测距离的函数，从而得到被测距离。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种测距系统1，包括：摄像头11，转动机构12，以及处理模块13，其中，参考图8，摄像头11和转动结构12可以作为拍摄装置2的主要组成部分。下面对各个部件依次介绍。

摄像头11

其中，摄像头11包括透镜模块111和图像检测器112。透镜模块111可以是一透镜组(也可称为镜头组群)。图像检测器112作为成像的像面，可把光学影像转化为电信号，通常可使用面阵检测器，例如：CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)、EMCCD((Electron-Multipling CCD)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)和sCOMS等。当然，摄像头11还可进一步包括其他元件，例如：镜头基座、滤光片等，在本实施例中不再赘述。

透镜模块111和图像检测器112之间的距离为像距，可记为f。一般而言，若要在图像检测器112形成所需的像点，根据光学原理，该像距近似等于透镜模块111的焦距，因而在本领域通常将这两个概念视为相同的，因而本实施例中，将透镜模块111的焦距也记为f。

一般而言，摄像头11是圆柱体或近似圆柱体，其中轴线l可通过透镜模块111的中心(光学中心)，还可通过图像检测器112的中心。参考图 3，该摄像头11可旋转，将第一位置的中轴线记为l₁，旋转后将第二位置的中轴线记为l₂。

转动机构12

上述转动机构12与摄像头11连接，用于带动摄像头11转动，使得摄像头的中轴线l绕一固定点从第一位置转动到第二位置，即从图3中的l₁所在位置转到l₂所在位置。其中，摄像头的中轴线l在第一位置时，物点A在图像检测器112上形成第一像点A1，摄像头的中轴线l在第二位置时，物点在图像检测器112上形成第二像点A2。

需要说明的是，由于摄像头11是整体转动，因而摄像头11中的各个部件之间的相对位置关系通常不发生位移，尤其是，透镜模块111与图像检测器112的相对位置不变，从而保证摄像头11的像距不变。

上述固定点是中轴线l₁和中轴线l₂的交点。该固定点非透镜模块111的中心，也就是说原则上来讲该固定点可以是空间内除了透镜模块111的中心之外的任一点。在本实施例中，为方便计算该固定点可以是摄像头11上的一点。参考图3，本实施例中，为简化计算难度该固定点位于摄像头11的中轴线上。更进一步的，为进一步简化计算难度，该固定点为摄像头的中轴线与图像检测器112的交点(图3中以此为例，且图3中该固定点记为o)，一般此时该固定点是图像检测器112的中心。另外，可选的，也可考虑到转动机构12在带动摄像头11转动时，对转动位置控制的难度，该固定点可以是摄像头11的底部的中心，也即摄像头11的外壳底部与摄像头11的中轴线的交点。

处理模块13

结合图3，处理模块13用于根据第一像点A1相对于固定点(例如图3中o)的位置信息、第二像点A2相对于固定点的位置信息、位于第一位置的中轴线l₁与透镜模块111的交点T₁(一般是透镜模块111的中心)相对于固定点o的位置信息、以及位于第二位置的中轴线l₂与透镜模块111的交点T₂相对于固定点o的位置信息，计算物点A相对于固定点o在测距方向上的距离，用L表示；或者计算物点A相对于摄像头11在测距方向上的距离，用D表示。

其中，测距方向即被测距离所在的方向，若摄像头11的中轴线处于 测距方向时，本领域技术人员可以认为此时的摄像头11处于初始的摆正状态。

另外，本领域技术人员应该理解：上述的4个点(A1、A2、T1、T2)相对于固定点o的位置信息可以是三维坐标系下的坐标，也可以是三维空间内用距离和角度等参数所表达的位置关系，还可以是上述4个点相对于固定点o在投影平面内的位置关系。当然，三维空间内的位置关系可以的经转换得到一投影平面内二维的位置关系。本实施例中，以根据投影平面内二维的位置关系来测距为例。

首先，可以将中轴线l₁与中轴线l₂所在的平面作为投影平面，其中固定点o位于该投影平面上，示例的，可以该固定点o作为坐标原点建立二维直角坐标系，以表示投影平面上各点的坐标，并将测距方向作为Y轴，将该投影平面内、垂直于Y轴且经过该固定点o的方向作为X轴。从而可以根据第一像点A1、第二像点A2、交点T₁、交点T₂相对于固定点o的位置信息(也即第一像点A1、第二像点A2、交点T₁、交点T₂在该投影平面上投影的坐标)来求取被测距离。

具体的，处理模块13可以直接接收其他模块(例如图像分析模块)传输的第一像点A1相对于固定点o在投影平面内的位置信息(例如：第一像点A1在该投影平面上的投影的坐标)。处理模块13还可以接收到其他模块(例如图像分析模块)传输的第一像点A1相对于固定点o在三维空间内的位置信息，此时处理模块13可以将三维空间内的位置信息转化为投影平面内二维的位置信息；示例的，若垂直于投影平面的方向为Z轴，则可以根据第一像素点A1的三维坐标以及固定点o的三维坐标，得到第一像点A1在该投影平面上的投影的二维坐标；当然，还可以根据第一像点A1在其所在的图像检测器112中的位置信息(例如可以是第一像点A1与图像检测器112中某点或某条线的距离)、以及该图像检测器112所在的平面与固定点o的位置关系(例如可以是表征图像检测器112转动程度的角度)，得到第一像点A1在该投影平面上的投影的坐标。

同样的，处理模块13可以获取到第二像点A2相对于固定点o在投影平面内的位置信息(例如：第二像点A2在该投影平面上的投影的坐标)。

处理模块13可以获取交点T₁与交点T₂相对于固定点o在投影平面内的位置信息(交点T₁在该投影平面上的坐标和交点T₂在该投影平面上的坐标)。处理模块13可以根据交点T₁到固定点o的距离、以及中轴线l₁相对于测距方向(Y轴)的偏转角度，得到交点T₁在该投影平面上的坐标。同样的，可以根据交点T₂到固定点o的距离、以及中轴线l₂相对于测距方向(Y轴)的偏转角度，得到交点T₂在该投影平面上的坐标。

其中，上述中轴线l₁相对于测距方向的偏转角度是指：在中轴线l₁与中轴线l₂所在的平面(投影平面)内，中轴线l₁和测距方向的夹角。同样的，上述的中轴线l₂相对于测距方向的偏转角度是指：在中轴线l₁与中轴线l₂所在的平面(投影平面)内，中轴线l₂相对于测距方向的夹角。

优选的，本实用新型实施例中，位于第一位置的中轴线l₁与透镜模块111的交点T₁相对于固定点o的位置信息、以及位于第二位置的中轴线l₂与透镜模块111的交点T₂相对于固定点o的位置信息两者可根据转动角相互转换得到。

其中，转动角θ为位于第一位置的中轴线l₁与位于第二位置的中轴线l₂之间的夹角；若摄像头11的中轴线在中轴线l₁与中轴线l₂所在的平面内旋转，则转动角θ可以是摄像头11的中轴线从所述第一位置到所述第二位置转动的角度。本领域技术人员应该理解，该转动角θ的取值可以在一定的取值范围内，即转动角θ的取值是有限制的，以使得测距系统前方某一范围内的物点可以在摄像头11转动前和转动后在图像检测器112两次成像。

此优选方案具体为，可以根据交点T₁相对于固定点o的位置信息，得到交点T₂相对于固定点o的位置信息。具体的，交点T₂与固定点o的距离与交点T₁到固定点o的距离相等，并且根据中轴线l₁相对于测距方向(Y轴)的偏转角度和转动角θ就可以得到中轴线l₂相对于测距方向(Y轴)的偏转角度，进而可以得到中轴线l₂与透镜模块的交点T₂相对于固定点o的位置信息。反之类似，可以根据交点T₂相对于固定点o的位置信息、以及转动角θ，得到交点T₁相对于固定点o的位置信息。

之后，根据得到第一像点A1、第二像点A2、交点T₁、交点T₂在该投影平面上的坐标，就可求取物点A到固定点o在测距方向上的距离L。

由于在投影平面中，A1、T1两点的投影(分别记为A1’、T1’)可确 定一条直线，A2、T2两点的投影(分别记为A2’、T2’)可确定一条直线，由于这两条直线可交于物点A的投影(记为A’)。从而根据数学的算法理论，就可求得物点A在投影平面上的坐标，尤其是可求得物点A在Y轴上的坐标(纵坐标)。若固定点o是图像检测器112的中心，且固定点o为坐标原点，则物点A的纵坐标的绝对值为距离L。

需要说明的是，本实施例中处理模块13可以获取A1、T1、A2、T2在投影平面内的坐标，再将这4点的坐标代入预先设置好的一算法中，该算法的输入是4个点的坐标，输出是被测距离。

另外，处理模块13也可以是预先设置有另一算法，该算法是设计人员利用上述的计算原理得到的被测距离和变量的对应关系；若用函数表达该对应关系，示例的，该函数可以是根据摄像头的焦距f、第一像点A1相对于固定点o在投影平面内的位置信息、第二像点A2相对于固定点o在投影平面内的位置信息、位于第一位置的中轴线l₁或位于第二位置的中轴线l₂相对于测距方向的偏转角度以及转动角θ，以得到所测距离。此时，该算法的输入是该函数中的会随着摄像头转动而变化的变量，输出的是所测距离。

进一步的，还可以根据物点A到固定点o在测距方向上的距离L、以及固定点到处于摆正状态的透镜模块111之间的距离(例如：图3中这一距离恰好是焦距f)，得到物点A到处于摆正状态的透镜模块111之间的距离D，这一距离D可以作为物点A到摄像头11的距离。其中，处于摆正状态的透镜模块111的中轴线l沿测距方向延伸。

当然，基于物点A到固定点o在测距方向上的距离L、以及测距系统中固定点o与其他部件的固定相对位置关系，也可计算得到物点A到其他部件在测距方向上的距离。

本实用新型实施例提供的测距系统，由于采用一个可旋转的摄像头，因此，相对于现有技术中的两个摄像头而言，体积相对较小。

关于摄像头11如何进行旋转，在本实施例中优选为：位于第一位置的摄像头的中轴线l₁、以及位于第二位置的摄像头的中轴线l₂位于中轴旋转面上，其中，中轴旋转面为图像检测器112一对称轴W的中垂面。也 就是说，中轴线l₁和中轴线l₂所确定的平面(即上面的投影平面)，与图像检测器112一对称轴W的中垂面为同一平面。此时，在转动机构12的带动下，随着摄像头11的转动，摄像头11中的图像检测器112会绕该对称轴W旋转。这样便于获取第一像点A1和第二像点A2在投影平面的坐标。具体的，参考图3，第一像点A1的纵坐标为0，横坐标的绝对值为在A1所在的图像检测器112所在平面内，A1到对称轴W的距离；第二像点A2的纵坐标的绝对值为在A2所在的图像检测器112所在平面内，A2到对称轴W的距离与sinθ的乘积，横坐标的绝对值为在A2所在的图像检测器112所在平面内，A2到对称轴W的距离与cosθ的乘积。

本领域技术人员应该理解，图像检测器112一般为矩形，从而图像检测器112有两个相互垂直的对称轴，这里的对称轴W可以是任一个。本实施例中优选为两个对称轴中较长的一个，这样可以使得测距系统的可测量范围更宽些。

优选的，摄像头11的中轴线可沿着中轴旋转面(即投影平面)，从第一位置旋转至所述第二位置；也就是说，中轴线l₁可沿着投影平面旋转至中轴线l₂的位置，这样使得中轴线的旋转路径比较短。

优选的，位于第一位置的中轴线l₁沿测距方向(Y轴)延伸，这样使得交点T1的横坐标为0，简化计算难度。或者，或位于第二位置的中轴线l₂沿测距方向(Y轴)延伸，这样使得交点T2的横坐标为0。

更进一步的，本实用新型实施例可以选择以下两种方案之一完成测距。

方案一、参考图3，位于第一位置的中轴线l₁与位于第二位置的中轴线l₂呈第一分布状态；其中第一分布状态为位于第一位置的中轴线l₁与位于第二位置的中轴线l₂两者中的一条沿测距方向延伸、另一条位于测距方向的顺时针方向上。本实施例中，以中轴线l₁沿Y轴延伸为例。

在方案一中，优选的固定点o为摄像头11的中轴线与图像检测器112的交点(即可以是图像检测器12的中心)。

参考图3和图4，在第一时刻，摄像头11处于初始位置，即位于第一位置的摄像头11的中轴线为l₁沿Y轴延伸；此时，物点A透过透镜模 块111，在图像检测器112上形成第一像点A1，其中物点A、第一像点A1以及交点T1在一条直线上。在第二时刻，摄像头11的中心轴以图像检测器12的中心为固定点o，在图中的XoY平面内向右侧旋转到l₂所在位置(第二位置)；此时，物点A透过透镜模块111，在图像检测器112上形成第二像点A2，其中，物点A、第二像点A2以及交点T2在一条直线上。

将图3所示的立体图投影到投影平面(XoY平面)上得到图4。参考图4，物点A的投影为A’，第一像点A1的投影为A1’，第二像点A2的投影为A2’，交点T1的投影为T1’、交点T2的投影为T2’，其中直线A1’T1’与直线A2’T2’相交于A’。

下面，基于图4所示的投影图，计算A’到X轴的距离L(即A’的纵坐标)，从而得到物点A相对于固定点o在测距方向上的距离L。

首先，各点的坐标为：A1’(x₁，0)，A2’(x₂cosθ，x₂sinθ)，T1’(0，f)，T2’(fsinθ，fcosθ)，A’(x，y)，其中，|x₁|为图3中在A1所在的图像检测器112上，A1到图像检测器112的对称轴W的距离，若如图3和图4所示物点A在右侧，则x₁为负，若物点在左侧，则x₁为正。|x₂|为图3中在A2所在的图像检测器112上，A2到图像检测器112的对称轴W的距离，x₂可能为正、也可能为负。

之后，可以根据摄像头11的焦距f、A1到图像检测器112的对称轴W的距离、A2到图像检测器112的对称轴W的距离、转动角θ，求取物点A相对于固定点o在测距方向上的距离L。

具体过程为：

直线A1’T1’的方程为：y-f＝-f/x₁*x

直线A2’T2’的方程为：y-fcosθ＝(fcosθ-x₂sinθ)/fsinθ-x₂cosθ)*(x-fsinθ)

两条直线的焦点为A’，解上述方程组可得：

$y-fcos\mathrm{\θ}=\frac{fcos\mathrm{\θ}-x_{2}sin\mathrm{\θ}}{fsin\mathrm{\θ}-x_{2}cos\mathrm{\θ}}(\frac{(y-f)x_1}{-f}-fsin\mathrm{\θ})$

进而得到：

通过变形，可得：

其中，L＝|y|；

即

需要说明的是，通常来讲，y为正值，此时L＝y。

另外，本实施例还可以根据摄像头11的焦距f、A1到图像检测器112的对称轴W的距离、A2到图像检测器112的对称轴W的距离、转动角θ，求取物点A相对于摄像头11在测距方向上的距离D。

具体过程，可以参考上述方法得到距离L，而D＝L-f，具体地：

$D=\left|\frac{(fcos\mathrm{\θ}-x_{2}sin\mathrm{\θ})x_1+x_{2}f({\sin }^2\mathrm{\θ}-{\cos }^2\mathrm{\θ})}{(fcos\mathrm{\θ}-x_{2}sin\mathrm{\θ})\frac{x_1}{f}+(f\sin \mathrm{\θ}-x_{2}cos\mathrm{\θ})}\right|-f$

其中，绝对值中的部分一般为正数，此时

$D=\frac{(f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ})x_1+x_{2}f({\sin }^2\mathrm{\θ}-{\cos }^2\mathrm{\θ})}{(f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ})\frac{x_1}{f}+(f\sin \mathrm{\θ}-x_2\cos \mathrm{\θ})}-f;$

简化可得

方案二、提出了与图3相反的分布状态。位于第一位置的中轴线l₁与位于第二位置的中轴线l₂呈第二分布状态；其中第二分布状态为位于第一位置的中轴线l₁与位于第二位置的中轴线l₂两者中的一条沿测距方向延 伸、另一条位于测距方向的逆时针方向上。本实施例中，以中轴线l₁沿Y轴延伸为例。

在方案中，优选的固定点o为摄像头11的中轴线与图像检测器112的交点(即可以是图像检测器12的中心)。

参考图3，在第一时刻，摄像头11处于初始位置，即位于第一位置的摄像头11的中轴线为l₁沿Y轴延伸；此时，物点A透过透镜模块111，在图像检测器112上形成第一像点A1，其中物点A、第一像点A1以及交点T1在一条直线上。在第二时刻，方案二的旋转方向与方案一相反，即与图3所示的旋转方向相反，未在图中示出。在第二时刻，摄像头11的中心轴以图像检测器112的中心为固定点o，在图中的XoY平面内向左侧旋转到l₂所在位置(第二位置)；此时，物点A透过透镜模块111，在图像检测器112上形成第二像点A2，其中，物点A、第二像点A2以及交点T2在一条直线上。

将方案二中各点投影到投影平面(XoY平面)上得到图5。参考图5，物点A的投影为A’，第一像点A1的投影为A1’，第二像点A2的投影为A2’，交点T1的投影为T1’、交点T2的投影为T2’，其中直线A1’T1’与直线A2’T2’相交于A’。

下面，基于图5所示的投影图，计算A’到X轴的距离L(即A’的纵坐标)，从而得到物点A相对于固定点o在测距方向上的距离L。

首先，各点的坐标为：A1’(x₁，0)，A2’(x₂cosθ，x₂sinθ)，T1’(0，f)，T2’(-fsinθ，fcosθ)，A’(x，y)，其中，|x₁|为图3中在A1所在的图像检测器112上，A1到图像检测器112的对称轴W的距离，x₁可能为正、也可能为负。|x₂|为图3中在A2所在的图像检测器112上，A2到图像检测器112的对称轴W的距离，x₂可能为正、也可能为负。

之后，可以根据摄像头11的焦距f、A1到图像检测器112的对称轴W的距离、A2到图像检测器112的对称轴W的距离、转动角θ，求取物点A相对于固定点o在测距方向上的距离L。

具体过程为：

直线A1’T1’的方程为：y-f＝-f/x₁*x

直线A2’T2’的方程为：y-fcosθ＝(fcosθ-x₂sinθ)/(-fsinθ-x₂cosθ)*(x+fsinθ)

两条直线的焦点为A’，解上述方程组可得：

$y-f\cos \mathrm{\θ}=\frac{f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ}}{-f\sin \mathrm{\θ}-x_2\cos \mathrm{\θ}}(\frac{(y-f)x_1}{-f}+f\sin \mathrm{\θ})$

进一步得到：

$(\frac{f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ}}{-f\sin \mathrm{\θ}-x_2\cos \mathrm{\θ}}\frac{x_1}{f}+1)y=\frac{f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ}}{-f\sin \mathrm{\θ}-x_2\cos \mathrm{\θ}}(x_1+f\sin \mathrm{\θ})+f\cos \mathrm{\θ}$

通过变形，可得：

$y=\frac{(f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ})x_1-{\mathrm{fx}}_2}{(f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ})\frac{x_1}{f}+(-f\sin \mathrm{\θ}-x_2\cos \mathrm{\θ})}$

由此得到：

通常y为正值，此时等同于上述公式中不进行绝对值运算。

另外，本实施例还可以根据摄像头11的焦距f、A1到图像检测器112的对称轴W的距离、A2到图像检测器112的对称轴W的距离、转动角θ，求取物点A相对于摄像头11在测距方向上的距离D。

具体过程，可以参考上述方法得到距离L，而D＝L-f，具体地：

$D=\left|\frac{(fcos\mathrm{\θ}-x_{2}sin\mathrm{\θ})x_1-{\mathrm{fx}}_2}{(fcos\mathrm{\θ}-x_{2}sin\mathrm{\θ})\frac{x_1}{f}+(-fsin\mathrm{\θ}-x_{2}cos\mathrm{\θ})}\right|-f$

由于一般绝对值中的部分取正值，因而可以去掉该绝对值符号。

$D=\frac{(f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ})x_1-{\mathrm{fx}}_2}{(f\cos \mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ})\frac{x_1}{f}+(-f\sin \mathrm{\θ}-x_2\cos \mathrm{\θ})}-f$

简化，可得

$D=\frac{f(fsin\mathrm{\θ}+x_{2}cos\mathrm{\θ})-{\mathrm{fx}}_2}{(fcos\mathrm{\θ}-x_2\sin \mathrm{\θ})\frac{x_1}{f}+(-f\sin \mathrm{\θ}-x_{2}cos\mathrm{\θ})}$

更进一步的，若在测距的过程中需要转动角θ的大小，则可选的，如图6所示，测距系统还包括：角度测量模块14，与转动机构12或摄像头11连接，用于测量摄像头11的中轴线从第一位置转到第二位置的转动角θ。这样，中轴线l₂相对于中轴线l₁旋转的角度就可具有多个取值，从而可以根据实际需要选择合适的转动角θ即可。

可选的，测距系统也可以仅存在一种转动角θ，转动机构12还包括限位件(图中未示出)，用于将摄像头11的中轴线限定在第一位置或第二位置，以使得转动角θ为预设值，这样有利于简化处理模块13的处理过程，若采用硬件实现处理模块13，则可以简化用于可实现处理模块13功能的电路。

更进一步的，基于上述两种方案，参考图7，优选的测距系统还包括：控制模块15，与转动机构12连接。控制模块15用于在接收第一控制信号时，控制转动机构12的转动，以使得在转动机构12的带动下位于第一位置的中轴线l₁与位于第二位置的中轴线l₂呈第一分布状态；还用于在接收第二控制信号时，控制转动机构12的转动，以使得在转动机构12的带动下位于第一位置的中轴线l₁与位于第二位置的中轴线l₂呈第二分布状态。示例的，该控制模块15可以是一个控制开关，例如可以是一拨动开关，当拨动开关被拨动到一个档位时，控制转动机构12的转动，使得摄像头11的中轴线在转动前和转动后呈第一分布状态；当拨动开关被拨动到另一个档位时，控制转动机构12的转动，使得摄像头11的中轴线在转动前和转动后呈第二分布状态。

以中轴线l₁沿Y轴方向为例。这样，摄像头11的中轴线的初始位置为Y轴，获取此时形成的第一像点A1相对于固定点o的相对位置；之后，若控制模块15接收到第一控制信号，则控制转动机构12转动，使得摄像头11的中轴线向右旋转至l₂的位置，若控制模块15接收到第二控制信号，则控制转动机构12转动，使得摄像头11的中轴线向左旋转至l₁的位置。

具体的，在本实用新型实施例中可以仅支持方案一，也可以仅支持方案二。而优选的，可以支持上述方案一和方案二，以便可以根据实际需要选择相适应的方案。例如：测距系统1还可以包括检测模块(图中未示出)， 当该检测模块检测出物点A在X轴的正方向时(即图3和图4的右侧，也即物点A的X轴坐标为正)，则生成第一控制信号并发送给控制模块15。当检测模块检测出物点A在X轴的负方向时(即图5的右侧，也即物点A的X轴坐标为负)，则生成第二控制信号并发送给控制模块15。

另外，需要说明是，本实用新型实施例处理模块13可通过硬件实现，具体的，处理模块13可以由多个硬件计算模块连接而成，此时则意味着处理模块13所限定的功能实际上是依靠计算模块以及计算模块的连接关系来实现的。可选的，处理模块13可以包括：加法器、减法器、乘法器、除法器以及三角函数计算器，用于以计算物点A到固定点o的距离L或计算物点A到摄像头11的距离D。计算模块的连接关系可以根据其计算公式得到，由于计算公式可能具有多种变形，因此，各个计算模块的连接关系可因计算公式的不同而不同，具体的，本领域技术人员可以根据计算距离的公式能够得知这些硬件计算模块之间的连接关系，在此不加赘述。

可选的，若转动角为预设值(即不改变)，则测距系统1中可以存储有该转动角的三角函数值，此时，处理模块13中可以由加法器、减法器、乘法器、除法器连接而成，其中可以不包含三角函数计算器。这样方式实现起来相对容易。

更进一步的，如图7所示，测距系统1还包括：拍摄控制器16和图像分析模块17。

其中，拍摄控制器16与摄像头11连接，用于在摄像头11的中轴线处于所述第一位置时控制摄像头11拍摄第一图像，在摄像头11的中轴线由转动机构12带动转到所述第二位置时控制摄像头11拍摄第二图像。这样，可以控制摄像头11拍摄的时机，拍摄两张图像就可以完成测距。

图像分析模块17，用于根据第一图像获取第一像点A1相对于固定点o的位置信息，根据第二图像获取第二像点A2相对于固定点o的位置信息。具体的，根据第一图像可知第一像点A1在第一像点A1所在的图像检测器112上的位置信息，进一步结合第一像点A1所在的图像检测器112相对固定点o的位置关系得到第一像点A1相对于固定点o的位置信息。同样的，根据第二图像可知第二像点A2在第二像点A2所在的图像检测器112上的位置信息，进一步结合第二像点A2所在的图像检测器112相 对固定点o的位置关系得到第二像点A2相对于固定点o的位置信息。

进而，图像分析模块17可以获取的两个位置信息发送给处理模块13，以便处理模块13完成测距。

实施例二

如图8所示，本实用新型实施例还提供了一种拍摄装置2，在本实施例中提到的各个部件，可以参见实施例一的相关描述，在此不再展开描述。

拍摄装置2包括：

摄像头11，摄像头11包括透镜模块111和图像检测器112；

转动机构12，转动机构12与摄像头11连接，用于带动所述摄像头11转动，使得所述摄像头的中轴线l绕一固定点从第一位置转动到第二位置，所述摄像头的中轴线l在所述第一位置时，物点在所述图像检测器112上形成第一像点，所述摄像头的中轴线l在所述第二位置时，物点在所述图像检测器112上形成第二像点，其中，所述固定点非所述透镜模块111的中心。

可选的，所述固定点为所述摄像头的中轴线l与所述图像检测器112的交点。

可选的，位于所述第一位置的所述摄像头的中轴线、以及位于所述第二位置的所述摄像头的中轴线位于中轴旋转面上，所述中轴旋转面为所述图像检测器一对称轴的中垂面。

可选的，所述摄像头的中轴线l可沿着所述中轴旋转面，从所述第一位置旋转至所述第二位置。

可选的，位于所述第一位置的中轴线或位于所述第二位置的中轴线沿测距方向延伸。

可选的，位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线呈第一分布状态或第二分布状态；其中，所述第一分布状态为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方 向延伸、另一条位于所述测距方向的顺时针方向上，所述第二分布状态为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方向延伸、另一条位于所述测距方向的逆时针方向上。

可选的，拍摄装置2还可以包括：角度测量模块14，与所述转动机构12或所述摄像头11连接。角度测量模块14可用于测量所述摄像头的中轴线从第一位置转到第二位置的所述转动角。

可选的，所述转动机构12还包括限位件，用于将所述摄像头的中轴线l限定在所述第一位置或所述第二位置，以使得所述转动角为预设值。

可选的，拍摄装置2还包括：拍摄控制器16，所述拍摄控制器16与所述摄像头连接，用于在所述摄像头的中轴线处于所述第一位置时控制所述摄像头拍摄第一图像，在摄像头的中轴线由所述转动机构带动转到所述第二位置时控制所述摄像头拍摄第二图像。

本实用新型实施例提供了一种拍摄装置，其中拍摄装置中采用了一可旋转的摄像头以及转动机构，转动机构可带动摄像头转动，使得在摄像头旋转前一物点可以在图像检测器上成像，在摄像头旋转后该物点可在图像检测器上第二次成像，从而得到同一物点的两个像点。相比于现有技术而言，本实用新型实施例可以通过一个摄像头得到同一物点的两个像点，因而该拍摄装置具有较小的体积。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种拍摄装置，其特征在于，包括：

摄像头，所述摄像头包括透镜模块和图像检测器；

转动机构，所述转动机构与所述摄像头连接，用于带动所述摄像头转动，使得所述摄像头的中轴线绕一固定点从第一位置转动到第二位置，所述摄像头的中轴线在所述第一位置时，物点在所述图像检测器上形成第一像点，所述摄像头的中轴线在所述第二位置时，物点在所述图像检测器上形成第二像点，其中，所述固定点非所述透镜模块的中心。

2.根据权利要求1所述的拍摄装置，其特征在于，所述固定点为所述摄像头的中轴线与所述图像检测器的交点。

3.根据权利要求1所述的拍摄装置，其特征在于，位于所述第一位置的所述摄像头的中轴线、以及位于所述第二位置的所述摄像头的中轴线位于中轴旋转面上，所述中轴旋转面为所述图像检测器一对称轴的中垂面。

4.根据权利要求3所述的拍摄装置，其特征在于，所述摄像头的中轴线可沿着所述中轴旋转面，从所述第一位置旋转至所述第二位置。

5.根据权利要求3或4所述的拍摄装置，其特征在于，位于所述第一位置的中轴线或位于所述第二位置的中轴线沿测距方向延伸。

6.根据权利要求5所述的拍摄装置，其特征在于，位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线呈第一分布状态或第二分布状态；

其中，所述第一分布状态为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方向延伸、另一条位于所述测距方向的顺时针方向上，所述第二分布状态为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线两者中的一条沿所述测距方向延伸、另一条位于所述测距方向的逆时针方向上。

7.根据权利要求1-4任一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述拍摄装置还包括角度测量模块，所述角度测量模块与所述转动机构或所述摄像头连接。

8.根据权利要求1-4任一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述转动 机构还包括限位件，用于将所述摄像头的中轴线限定在所述第一位置或所述第二位置，以使得转动角为预设值，所述转动角为位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线之间的夹角。

9.根据权利要求1-4任一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述拍摄装置还包括：拍摄控制器，所述拍摄控制器与所述摄像头连接，用于在所述摄像头的中轴线处于所述第一位置时控制所述摄像头拍摄第一图像，在摄像头的中轴线由所述转动机构带动转到所述第二位置时控制所述摄像头拍摄第二图像。

10.一种测距系统，其特征在于，包括：

权利要求1-9任一项所述的拍摄装置；

以及，处理模块，所述处理模块用于根据第一像点相对于固定点的位置信息、第二像点相对于所述固定点的位置信息、位于第一位置的中轴线与透镜模块的交点相对于所述固定点的位置信息、以及位于第二位置的中轴线与所述透镜模块的交点相对于所述固定点的位置信息，计算物点相对于所述固定点或摄像头在测距方向上的距离；

其中，所述处理模块由多个硬件计算模块连接而成，以计算所述物点到所述固定点或所述摄像头的距离。

11.根据权利要求10所述的测距系统，其特征在于，在位于所述第一位置的中轴线与位于所述第二位置的中轴线呈第一分布状态或第二分布状态的情况下，

所述测距系统还包括控制模块，所述控制模块与所述转动机构连接，用于在接收第一控制信号时，控制所述转动机构的转动，以使得在所述转动机构的带动下所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线呈第一分布状态；还用于在接收第二控制信号时，控制所述转动机构的转动，以使得在所述转动机构的带动下所述位于第一位置的中轴线与所述位于第二位置的中轴线呈第二分布状态。