專利名稱：距離測量裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量距離的裝置與方法，特別涉及一種利用光測量距離的裝置與方法。
背景技術：
工程技術經常需要進行距離的測量，如進行工程測繪以及車輛行進途中的動態(tài)距離測量 、倒車檢測距離等。各種電子設備中也經常進行距離的測量，如數(shù)碼相機通過測量鏡頭與被 拍攝物體的距離進行自動對焦、投影儀通過測量投影鏡頭與投影幕布之間的距離可以自動對焦等。
典型的距離測量的方法包括脈沖法、相位法等等。脈沖法的原理是光發(fā)射器發(fā)射一個 光脈沖到待測物體，同時在光發(fā)射器處設置光接收器用于接收從待測物體反射的光信號，通 過計算從發(fā)射到接收到光脈沖期間的時間來計算待測物體的距離。相位法的原理是光發(fā)射 器發(fā)射經過相位調制的光信號到待測物體，經過待測物體反射的光信號與原始光在光接收器 處進行迭加，通過計算光接收器所接收到的光信號的相位來計算待測物體的距離。
上述的距離測量方法所需的儀器較為復雜，并且需要有后續(xù)的高精度電路系統(tǒng)配合進行 計算。

發(fā)明內容
有鑒于此，有必要提供一種結構簡單的距離測量裝置。 此外，還有必要提供一種距離測量方法。
一種距離測量裝置，包括透鏡組、光接收器及計算模塊。待測量物體通過所述透鏡組在 所述光接收器處成像，所述光接收器接收所述待測量物體通過所述透鏡組所成的像并生成相 應的圖像感應信號。所述透鏡組具有與光軸成非垂直角度的焦平面，所述計算模塊將所述圖 像感應信號進行高頻選擇后通過所述透鏡組的成像公式計算出所述待測量物體與所述距離測 量裝置之間的距離。
一種距離測量方法，包括
接收待測量物體的像，并生成對應的圖像感應信號； 對所述圖像感應信號進行高頻選擇；
根據所述高頻部分的圖像信號計算所述待測量物體的距離。
上述距離測量裝置及方法通過對待測量物體通過透鏡組所成的像進行高頻選擇，以得到
4其中焦點與非焦點之間的分界，進而通過所述透鏡組的成像公式還原出所述待測量物體的距離。


圖l為本發(fā)明較佳實施方式的距離測量裝置的結構示意圖。 圖2為圖1所示的距離測量裝置進行距離測量的光路圖。
圖3為 一種實施方式下圖1所示的光接收器所接收的圖像灰度的感應電壓曲線。
圖4為一種采用了本發(fā)明較佳實施方式的距離測量裝置的成像設備的結構示意圖。
圖5為圖1所示的計算模塊的結構示意圖。
圖6為本發(fā)明較佳實施方式的距離測量方法的流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明距離測量裝置的較佳實施方式包括透鏡組12與光接收器14。
透鏡組12置于待測量物體16與光接收器14之間，光接收器14感測待測量物體16通過透鏡 組12所成的像，并生成感測信號。
透鏡組12包括第一透鏡202與第二透鏡204。待測量物體16依次通過第一透鏡202、第二 透鏡204在光接收器14上成像。在該實施方式中，第一透鏡202為凸透鏡，而第二透鏡204的 焦平面200與光軸之間具有預定的非垂直夾角。
光接收器14用于感應待測量物體16通過透鏡組12所成的像，并生成相應的感應信號。在 該實施方式中，前述感應信號可以通過掃描光接收器14所接收到的圖像的灰度而得到，通過 掃描光接收器14所接收到的圖像，可以得到一系列的對應于圖像灰度的感應電壓值，經過采 樣后可生成一組離散的代表圖像灰度的圖像掃描信號，可以用矩陣形式表示。
如圖2所示，其為圖l所示的距離測量裝置進行距離測量的光路圖。進行距離測量時，待 測量物體16與光接收器14分別位于透鏡組12的兩側。在透鏡組12的有效成像范圍內，待測量 物體16與透鏡組12之間的距離可以被映射并反映為光接收器14上所接收到的圖像灰度高點的 不同位置。通過掃描光接收器14上的圖像，并分析出其灰度的高點，再經過映射計算，即可 得出待測量物體16與該距離測量裝置之間的距離。如圖2所示，當待測量物體16分別處于 162、 164、 166、 168的位置時，其通過透鏡組12所成的像上灰度的高點分別為162' 、 164' 、166' 、 168'。
如圖3所示，其為一種實施方式下待測量物體16經透鏡組12成像后被光接收器14所接收 到的圖像感應電壓曲線。圖中，在光接收器14掃描到待測量物體16通過透鏡組12成像的焦點 處時，圖像灰度較高，因而圖像感應電壓較高，而在非焦點處時，圖像灰度較低，因而圖像感應電壓較低。在焦點與非焦點的分界處，形成較明顯的灰度階梯。
圖1中所示的計算模塊18可以通過對光接收器14所生成的圖像掃描信號進行計算而得到 待測量物體16與該距離測量裝置之間的距離。掃描得到的代表圖像灰度的離散感應電壓值經 過一次預定的運算，從而得到待測量物體16通過透鏡組12在光接收器14上所成圖像的頻域分 布。圖像頻率中的高頻部分表示的是圖像灰度變化率高的區(qū)域。在該實施方式中，該預定的 運算為二維的傅立葉變換。
經上述預定運算后的結果進行比較、篩選，得出其頻率分布中頻率最高的部分。因為成 像過程中焦點與非焦點的分界處圖像灰度的梯度最為明顯，因而圖像的頻域分布中頻率最高 的部分即對應于待測量物體16成像于光接收器14處焦點與非焦點的分界處。
將上述頻率最高的部分圖像信號再進行第二次的預定運算，即可計算出所述待測量物體 16與該距離測量裝置之間的距離。該第二次預定的運算可以是先經過一次二維傅立葉變換得 出圖像灰度高點、即焦點與非焦點分界處的位置，再通過透鏡組12的成像公式而將圖像灰度 高點的位置映射到與透鏡組12的距離上，從而可以計算得出所述待測量物體16與所述距離測 量裝置之間的距離。
圖4所示為本發(fā)明的距離測量裝置用于一種成像設備的示意圖。該成像設備可以是照相 機、探測器等。該成像設備包括切換器302、第一透鏡組304、第二透鏡組306以及感測器 308、計算模塊310等。
當待成像物體30位于該成像設備前時，切換器302可根據需要而將待成像物體30所反射 或發(fā)出的光線切換到第一透鏡組304或第二透鏡組306，分別用于進行拍照成像或距離測量。
第一透鏡組302用于將待成像物體30所反射或發(fā)出的光線聚焦到感測器308上，用以提供 感測器308對待成像物體30進行拍照或成像取樣。
第二透鏡組306即為圖1所示的透鏡組12，其具有與光軸成非垂直角度的焦平面，用于在 感測器308上形成具有可以反映待成像物體30距離遠近的圖像灰度高點的圖像。
感測器308用于將第一透鏡組302或第二透鏡組306所得的光線進行成像，以形成反映該 成像圖像的電信號。
計算模塊310用于在切換器302切換到第二透鏡組306時對感測器308所得的圖像信號進行 計算，從而可以得出待成像物體30與該成像設備之間的距離。
圖4所示的成像設備利用切換器302進行成像與測距之間的轉換，可以利用一個感測器 308進行復用以實現(xiàn)成像和距離的測量。
圖5所示為計算模塊18的各功能模塊，其包括數(shù)據接收單元182、第一計算單元184、比較單元186、第二計算單元188及數(shù)據輸出單元190。
數(shù)據接收單元182用于接收光接收器14所生成的圖像掃描信號，并將該圖像掃描信號傳 送到第一計算單元184。該光接收器14所生成的圖像掃描信號可以是離散的二維圖像信號， 以矩陣形式表示。
第一計算單元184用于對數(shù)據接收單元182所傳送的圖像掃描信號進行第一次預定計算。 在該實施方式中，該第一次預定計算為離散的二維傅立葉變換。經過該第一次預定計算后， 第一計算單元184生成一個頻域信號傳送到比較單元186 。
比較單元186用于對第一計算單元184所生成的頻域信號進行比較，以得出其中頻率最高 的部分所對應的圖像信號，比較單元186將所述頻域信號中頻率最高的圖像信號傳送到第二 計算單元188。
第二計算單元188用于將比較單元186所發(fā)送的圖像信號進行第二次預定的計算，從而得 到待測量物體16與該距離測量裝置之間的距離。第二計算單元188計算得到的距離經過數(shù)據 輸出單元190輸出。
如圖6所示，本發(fā)明的距離測量方法包括以下步驟
步驟402，將待測量物體16經過透鏡組12成像于光接收器14上，光接收器14經掃描后得 出離散的二維圖像信號，該二維圖像信號被傳送到計算模塊18。
步驟404，計算模塊18的數(shù)據接收單元182接收二維圖像信號，并將所述二維圖像信號傳 送到第一計算單元184。
步驟406，第一計算單元184對所接收的二維圖像信號進行第一次預定計算，以得到該二 維圖像的頻域分布，并生成頻率信號。在該實施方式中，第一次預定計算為離散的二維傅立 葉變換。
步驟408，比較單元186對第一計算單元184所生成的頻率信號進行比較，從而得出其中 頻率較高部分的圖像信號。
步驟410，第二計算單元188將比較單元186所生成的頻率較高部分的圖像信號進行第二 次預定計算，并根據透鏡組12的成像公式計算出待測量物體16與本距離測量裝置之間的距離 。在該實施方式中，第二次預定計算為離散的二維傅立葉變換。
步驟412，數(shù)據輸出單元190將第二計算單元188所計算得出的距離輸出。
上述距離測量裝置及方法通過對待測量物體通過透鏡組所成的像進行高頻選擇，以得到 其中焦點與非焦點之間的分界，進而通過所述透鏡組的成像公式還原出所述待測量物體的距離。
權利要求
1.一種距離測量裝置，包括透鏡組、光接收器及計算模塊，待測量物體通過所述透鏡組在所述光接收器處成像，所述光接收器接收所述待測量物體通過所述透鏡組所成的像并生成相應的圖像感應信號，其特征在于所述透鏡組具有與光軸成非垂直角度的焦平面，所述計算模塊將所述圖像感應信號進行高頻選擇后通過所述透鏡組的成像公式計算出所述待測量物體與所述距離測量裝置之間的距離。
2.如權利要求l所述的距離測量裝置，其特征在于所述待測量物 體通過所述透鏡組在所述光接收器上所成的像具有反映所述待測量物體與所述距離測量裝置 之間距離遠近的圖像灰度高點。
3.如權利要求l所述的距離測量裝置，其特征在于所述待測量物 體在所述透鏡組的焦距范圍內時，可以在所述光接收器上形成具有較高圖像灰度的焦點，所 述焦點在所述光接收器上的位置與所述待測量物體與所述透鏡組的距離相對應。
4.如權利要求l所述的距離測量裝置，其特征在于所述計算模塊 包括第一計算單元、比較單元、第二計算單元，所述第一計算單元用于將所述圖像感應信號 進行頻域轉換，所述比較單元用于根據所述第一計算單元的頻域轉換結果選擇其中的高頻率 部分，所述第二計算單元用于將所述高頻率部分的圖像信號通過所述透鏡組的成像公式計算 出所述待測量物體的距離。
5.如權利要求4所述的距離測量裝置，其特征在于所述第一計算 單元對所述圖像感應信號進行傅立葉變換而將所述圖像感應信號進行頻率轉換，所述第二計 算單元對所述高頻部分的圖像信號進行傅立葉變換，并通過所述透鏡組的成像公式而計算出 所述待測量物體的距離。
6. 一種距離測量方法，包括 接收待測量物體的像，并生成對應的圖像感應信號； 對所述圖像感應信號進行高頻選擇；根據所述高頻部分的圖像信號計算所述待測量物體的距離。
7.如權利要求6所述的距離測量方法，其特征在于所述對圖像感 應信號進行高頻選擇的步驟包括對所述圖像感應信號進行頻域轉換；通過比較確定所述圖像感應信號的頻率中的高頻率部分。
8.如權利要求7所述的距離測量方法，其特征在于所述對圖像感應信號進行頻域轉換的步驟是通過對所述圖像感應信號進行傅立葉變換而成的。
9.如權利要求7所述的距離測量方法，其特征在于所述根據高頻 部分的圖像信號計算所述待測量物體的距離的步驟包括 對所述高頻率部分的圖像信號進行預定的計算；根據待測量物體的成像公式計算所述待測量物體的距離。
10.如權利要求9所述的距離測量方法，其特征在于所述預定的計算為傅立葉變換。
全文摘要
一種距離測量裝置，包括透鏡組、光接收器及計算模塊。待測量物體通過透鏡組在光接收器處成像。光接收器接收待測量物體通過透鏡組所成的像并生成相應的圖像感應信號。透鏡組具有與光軸成非垂直角度的焦平面，計算模塊將圖像感應信號進行高頻選擇后通過透鏡組的成像公式計算出待測量物體與距離測量裝置之間的距離。上述距離測量裝置通過對待測量物體通過透鏡組所成的像進行高頻選擇，以得到其中焦點與非焦點之間的分界，進而通過所述透鏡組的成像公式還原出待測量物體的距離。
文檔編號G01C3/32GK101561267SQ20081030116
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月16日 優(yōu)先權日2008年4月16日
發(fā)明者莊品洋 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司