CN208765705U - 光学测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的光学测距装置包括测距机构和设备主体，设备主体包括主机和显示器，主机用于控制及处理显示器工作，显示器用于显示数据，测距机构包括点光源、凹面镜、镜头、摄像组件和处理控制模块，点光源位于凹面镜的焦点处，凹面镜对点光源所发出的光进行反射，并以平行光的形式射向被测物；镜头用于接收被测物的反射光；摄像组件位于点光源和镜头之间，被测物的反射光通过镜头的折射而成像于摄像组件；处理控制模块分别与主机、摄像组件和点光源连接，处理控制模块控制点光源的开启和关闭，并对点光源开启和关闭时摄像组件所捕捉的图像进行处理以获取被测物的距离并提供给显示器。本实用新型的光学测距装置测量精度高且结构简单。

Description

光学测距装置

技术领域

本实用新型涉及距离测量领域，尤其涉及一种光学测距装置。

背景技术

测距仪是距离测定的常用设备，但是普遍存在下列不足：激光测距仪，是利用激光对目标的距离进行测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离，但由于测定时间的偏差，使得这种测量方式的测定精度较低。而超声波测距仪测量的效果受环境影响较大，稳定性和方向性较激光测距仪差，只能进行短距离的测定，因此，这两种测定方式已经无法满足现有测量者的需求。若已知被测物某一长度或面积，直接利用光学测量的方式进行测距，就能克服传统上利用时间测量所存在的测量误差大等问题，然而，目前的测距仪无法满足现有需求。

因此，急需要一种能够利用被测物的长度或面积进行光学测距以提高测距精度，且结构简单的光学测距装置来克服上述的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够利用被测物的长度或面积进行光学测距以提高测距精度的光学测距装置，且该光学测距装置结构简单。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种光学测距装置，其包括测距机构和具有显示的设备主体，所述设备主体包括主机和显示器，所述主机用于控制及处理所述显示器工作，所述显示器用于显示数据，所述测距机构包括点光源、凹面镜、镜头、摄像组件和处理控制模块，所述点光源位于所述凹面镜的焦点处，所述凹面镜对所述点光源所发出的光进行反射，并以平行光的形式射向被测物；所述镜头用于接收所述被测物的反射光；所述摄像组件位于所述点光源和镜头之间，所述被测物的反射光通过所述镜头的折射而成像于所述摄像组件；所述处理控制模块分别与所述主机、摄像组件和点光源连接，所述处理控制模块控制所述点光源的开启和关闭，并对所述点光源开启和关闭时所述摄像组件所捕捉的图像进行处理以获取被测物的距离并提供给所述显示器。

较佳地，本实用新型的凹面镜具有开口朝向所述镜头的抛物面，所述点光源位于所述抛物面的焦点处。

较佳地，本实用新型的摄像组件包括CCD器件和光圈，所述CCD器件、光圈和镜头的中心位于所述凹面镜的主光轴上。

较佳地，本实用新型的处理控制模块为集成于所述主机上的中央处理器或数字信号处理器。

较佳地，本实用新型的设备主体为手持式设备主体。

较佳地，本实用新型的手持式设备主体为智能手机、平板电脑、智能相机、智能摄像机或射击枪具。

与现有技术相比，由于本实用新型的光学测距装置具有镜头、摄像组件、处理控制模块、凹面镜和点光源，凹面镜位于点光源的后方，凹面镜对点光源所发出的光反射形成平行光，该平行光照射于被测物上，被测物将照射其上的平行光再反射至镜头，镜头将入射的反射光进行折射进而将被测物成像于摄像组件，摄像组件将捕捉点光源开启时及关闭时的图像，即有平行光照射被测物时(即：点光源开启)及无平行光照射被测物时(即：点光源关闭)时两种状态下的被测物通过镜头被摄像组件捕捉而成像的图像，处理控制模块对两幅图像进行相减和滤波处理，从而得到在点光源开启下之被测物的反射投影，由于被测物距离镜头越远，在镜头焦距不变的情况下，其投射于摄像组件上的投影便越小，利用这一原理，只要得知被测物其中一长度或面积，处理控制模块即可通过投影图像上相应的长度数据或面积数据，及投影图像与镜头之间的像距计算得到物体与镜头之间的实际距离，从而实现测距，这样就能够有效避免其他反射所造成的干扰，使得处理后的投影图像精确度更高，从而提高测距的精确度。

附图说明

图1为本实用新型的光学测距装置在测距时的结构示意图。

图2为图1中被测物形成投影的光路示意图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1至图2所示，本实用新型的光学测距装置100包括测距机构1和具有显示的设备主体2，设备主体2包括主机21和显示器22，主机21用于控制及处理显示器22工作，显示器22用于显示数据，测距机构1包括点光源11、凹面镜12、镜头13、摄像组件14和处理控制模块15，点光源11位于凹面镜12的焦点处，凹面镜12对点光源11所发出的光进行反射，并以平行光的形式射向被测物200；镜头13用于接收被测物200的反射光，较优的是，镜头13的主光轴与平行光平行，从而使得镜头13更好的接受被测物200的反射光并对其进行折射，从而提高测量的精确度；摄像组件14位于点光源11和镜头13之间，被测物200的反射光通过镜头13的折射而成像于摄像组件14；处理控制模块15分别与主机21、摄像组件14和点光源11连接，处理控制模块15控制点光源11的开启和关闭，并对点光源11开启和关闭时摄像组件14所捕捉的图像进行处理以获取被测物200的距离并提供给显示器22。较优的是，处理控制模块15为集成于主机21上的中央处理器或数字信号处理器，从而使得各部件之间的布置更为紧凑。更为具体的，如下：

请参阅图1至图2所示，凹面镜12具有开口朝向镜头13的抛物面，点光源11位于抛物面的焦点处，由于点光源11位于抛物面的焦点处，利用光反射原理，凹面镜12的抛物面能够对点光源11所发出的光进行反射，从而实现将点光源11所发出的光转变成射向被测物200的平行光。于本实施例中，点光源11和凹面镜12均设置为一个，较优的是，点光源11为LED灯，当然，也可根据需要更换其他电子元件，故不限于此。

请参阅图1至图2所示，摄像组件14包括CCD器件141和光圈142，CCD器件141、光圈142和镜头13的中心位于凹面镜12的主光轴上，从而获得更优的成像效果以提高测量的精确度。较优的是，镜头13为凸透镜。当然，根据实际需要，CCD器件141也可以调整至其他位置，只要在CCD器件141和光圈142之间设置偏光器或其他光学元件即可改变折射光的路径，从而使得各部件之间的布置更为紧凑。

请参阅图1至图2所示，设备主体2为手持式设备主体2，使得本实用新型能随身携带使用。举例而言，手持式设备主体2为智能手机、平板电脑、智能相机、智能摄像机或射击枪具，使得本实用新型可作为日常生活所需的电子产品的一部分，丰富了电子产品功能及使用范围，从而为日常生活、工作及学习带来便利，而且由于测距机构1自身结构较为简单，测距机构1中的镜头13和摄像组件14都为日常手持式设备主体2的基本电子元件，因此，当将测距机构1融入设备主体2时，就可以共用部分电子元件，这样不仅能够满足消费者对装置的多功能的需求，而且满足消费者对装置整体短小轻薄的追求。

请参阅图1至图2所示，对本实用新型的光学测距装置100的工作原理作一详细说明：

装置校正后，将光学测距装置100的镜头13对准被测物200，首先，处理控制模块15控制点光源11关闭，摄像组件14通过镜头13捕捉点光源11关闭时所成像的图像，即被测物200在无平行光照射下所成像的图像；然后，处理控制模块15控制点光源11开启并发光至凹面镜12，凹面镜12对点光源11所发出的光进行反射，并以平行光的形式射向被测物200，被测物200将平行光反射并入射进镜头13，入射进镜头13的光经镜头13折射进而将被测物200成像于摄像组件14，摄像组件14通过镜头13捕捉点光源11开启时所成像的图像，即被测物200在平行光照射下所成像的图像，处理控制模块15对点光源11关闭及开启时摄像组件14所捕捉到的前后两幅图像进行相减和滤波处理，这样就可以消除其他干扰因素，进而最终得到在点光源11开启下之被测物200的反射投影，如图2所示，被测物200中ab两点的对应投影为a`b`，由于被测物200距离镜头13越远，在镜头13焦距不变的情况下，平行光经过被测物200的反射而成像于摄像组件14上的投影便越小，即被测物200距离镜头13越远，反射投影上的被测物200的某一长度越短，面积越小，由于镜头13与摄像组件14的距离是已知且固定不变，建立被测物200中ab两点经过镜头13的中心O形成投影a`b`的光路图可知(如图1所示)，三角形O a`b`与三角形O ab是相似三角形，被测物上的ab长度已知，投影的a`b`通过测量可知，镜头13与摄像组件14的距离是已知且为固定不变的(即O点到a`b`的垂直距离)，因此，被测物200中的ab距离镜头13的中心O的距离即可算出，即被测物200的距离可通过计算得到。由此可见，利用上述所建立三角形O a`b`与三角形O ab是相似三角形的原理，只要得知被测物200其中一长度或面积，处理控制模块15即可通过投影图像上相应的长度数据或面积数据，及摄像组件14与镜头13之间的距离计算得到被测物200与镜头13之间的实际距离，从而实现测距。

为了进一步的说明被测物的距离的获得，以图2所展示的光路图为例，进一步进行阐述，已知被测物200的某一长度，计算距离，ab的实际距离为H₁，反射投影a`b`的高度为h₁，镜头13的中心O与反射投影a`b`之间的距离为v，利用相似三角形原理，镜头13的中心O与被测物200的实际距离u＝v*H₁/h₁，最后，重复测量取平均值，并最终反馈至主机21和显示于显示器22；已知被测物200的面积，计算距离，同样以图2为例，被测物200的实际面积为S₁，被测物200对应的反射投影的面积为S₂，镜头13与反射投影之间的距离为v，利用相似三角形原理，镜头13与被测物200的实际距离重复测量取平均值，并最终反馈至主机21和显示于显示器22。

由于本实用新型的光学测距装置100具有镜头13、摄像组件14、处理控制模块15、凹面镜12和点光源11，凹面镜12位于点光源11的后方，凹面镜12对点光源11所发出的光反射形成平行光，该平行光照射于被测物200上，被测物200将照射其上的平行光再反射至镜头13，镜头13将入射的反射光进行折射进而将被测物200成像于摄像组件14，摄像组件14将捕捉点光源11开启时及关闭时的图像，即有平行光照射被测物200时(即：点光源11开启)及无平行光照射被测物200时(即：点光源11关闭)时两种状态下的被测物200通过镜头13被摄像组件14捕捉而成像的图像，处理控制模块15对两幅图像进行相减和滤波处理，从而得到在点光源11开启下之被测物200的反射投影，由于被测物200距离镜头13越远，在镜头13焦距不变的情况下，其投射于摄像组件14上的投影便越小，利用这一原理，只要得知被测物200其中一长度或面积，处理控制模块15即可通过投影图像上相应的长度数据或面积数据，及投影图像与镜头13之间的像距计算得到物体与镜头13之间的实际距离，从而实现测距，这样就能够有效避免其他反射所造成的干扰，使得处理后的投影图像精确度更高，从而提高测距的精确度。

值得注意者，上述提及的成像传输是以光的形式进行传播，图1以及图2中虚线箭头表示了成像传播的方式及路径，实线箭头表示数据传输的方向及路径；上述提到的前后方向是以光学测距装置100对准被测物200时使用者站在光学测距装置100后面且面朝前，位于使用者的前侧为前方，位于使用者的后侧为后方。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种光学测距装置，包括具有显示的设备主体，所述设备主体包括主机和显示器，所述主机用于控制及处理所述显示器工作，所述显示器用于显示数据，其特征在于：还包括测距机构，所述测距机构包括：

点光源；

凹面镜，所述点光源位于所述凹面镜的焦点处，所述凹面镜对所述点光源所发出的光进行反射，并以平行光的形式射向被测物；

镜头，用于接收所述被测物的反射光；

摄像组件，所述摄像组件位于所述点光源和镜头之间，所述被测物的反射光通过所述镜头的折射而成像于所述摄像组件；

处理控制模块，所述处理控制模块分别与所述主机、摄像组件和点光源连接，所述处理控制模块控制所述点光源的开启和关闭，并对所述点光源开启和关闭时所述摄像组件所捕捉的图像进行处理以获取被测物的距离并提供给所述显示器。

2.如权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于：所述凹面镜具有开口朝向所述镜头的抛物面，所述点光源位于所述抛物面的焦点处。

3.如权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于：所述摄像组件包括CCD器件和光圈，所述CCD器件、光圈和镜头的中心位于所述凹面镜的主光轴上。

4.如权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于：所述处理控制模块为集成于所述主机上的中央处理器或数字信号处理器。

5.如权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于：所述设备主体为手持式设备主体。

6.如权利要求5所述的光学测距装置，其特征在于：所述手持式设备主体为智能手机、平板电脑、智能相机、智能摄像机或射击枪具。