光學測距裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測距裝置及方法，特別涉及一種光學測距裝置及方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的光學測距方法，分為直接方法和相位測距，直接方法即測量光往返目標所需要時間，然后通過光速和大氣折射率計算出距離，相位測距即測出發(fā)射和接收光波的相位差得到目標的距離。由于直接測量方法中的測量光往返目標所需要時間的測定對計時器的精度要求很高，所以常用的光學測距方法是相位測距。在現(xiàn)有的光學測距方法中，測定目標物與出射光一定要垂直，否則返回信號過于微弱將無法得到精確距離；另一方面，現(xiàn)有光學測距方法對環(huán)境的依賴性較高，如，若被測目標表面漫反射過于嚴重，則無法接收返回信號；若被測目標物體表面形狀凹凸不平時，也可能會導致測量光線無法返回接收器從而造成無法測距的結(jié)果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種光學測距裝置及方法，以實現(xiàn)簡便、快捷且精度適宜的測距。
[0004]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是:
一種光學測距裝置，包括光源，該光源對被測距物體表面提供光線；
光格柵，光線透過光格柵射向被測距物體；
以及攝像頭，該攝像頭獲取投影在被測距物體上的光斑圖像；
光格柵位于光源前方，攝像頭置于光源側(cè)面的任何位置并朝向被測物體。
[0005]所述光源、光格柵、攝像頭三者位置相對固定，這樣投射出來的光和攝像頭獲取的光斑圖像才能保持一致性，以方便測量。
[0006]所述光格柵上均勻分布有圓形通孔，這樣可以最大限度克服被測距物體表面不平整導致測距失誤的問題。光格柵上圓形通孔的數(shù)量和分布沒有限制，最好使用密集均勻分布有圓形通孔的格柵。
[0007]所述光源為普通光源，可用白熾燈、LED燈等人造光源。
[0008]本發(fā)明的另一目的，提供一種光學測距方法，應用上述測量裝置，首先固定好光源、光格柵和攝像頭，將基準測距物體設置在距離光源已知的a處，基準測距物體與光源、光格柵和攝像頭在同一固定軸線上，打開光源，通過攝像頭獲取基準測距物體表面光斑的最大長度為X像素，假設光線的發(fā)散角為W，通過等式tan (W) =a/x,可計算出發(fā)散角W的值；然后測量被測距物體的距離，被測距物體與光源、光格柵和攝像頭在同一固定軸線上，通過同一個攝像頭獲取被測距物體表面光斑最大長度為y像素，假設被測距物體與光源的距離為b,可由光源發(fā)散角W的三角函數(shù)得出tan(W)=a/x=b/y,貝U可計算出b=a/xXy,得出被測距物體與光源的最小距離。
[0009]本發(fā)明的原理是:發(fā)光源的光線透過光格柵照向被測距物體，被測距物體的迎光面會出現(xiàn)一定大小的光斑，光斑的大小與距離成正比，此時使用攝像頭獲取被測距物體迎光面的光斑圖像，獲得光斑圖像最大長度后，可依據(jù)事先測定的發(fā)散角計算出被測距物體與光源的最小距離。
[0010]本發(fā)明方法只需被測距物體表面能正常形成光斑并被攝像頭捕獲到，即可完成測距。這樣可以避免測距目標物與出射光的角度要求問題和反射光接收問題，更無需使用高精度的計時器裝置、昂貴的激光發(fā)射器和復雜的測距裝置，由此可以大大降低測距儀的制造難度與制造成本。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:結(jié)構簡單，造價低廉?？蓱迷谏a(chǎn)線上測定產(chǎn)品在操作臺上的位置，遙控飛行器在狹窄空間內(nèi)飛行時測定飛行器與墻壁的距離，測定低于音速移動物體的距離(比如體感游戲)等場合。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例光學測距裝置的結(jié)構示意圖；
圖2為實施例光學測距裝置的參數(shù)示意圖；
圖3為圖1中光格柵的截面意圖；
圖4為圖1中基準測距物體的迎光面示意圖；
圖5為圖1中被測距物體的迎光面示意圖。
[0013]圖中，1.光源2.光線3.光格柵4.圓形通孔5.基準測距物體6.被測距物體7.基準測距物體迎光面的光斑8.被測距物體迎光面的光斑9.攝像頭。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步的說明，但不是對本發(fā)明的限定。
[0015]實施例
參照圖1-5，一種光學測距裝置，包括光源1，該光源I對被測距物體6表面提供光線2 ；還包括光格柵3，光線2透過光格柵3射向被測距物體6 ；以及攝像頭9，該攝像頭9獲取投影在被測距物體6上的光斑8 ;光格柵3位于光源I前方，攝像頭9置于光源側(cè)面的任何位置并朝向被測物體。
[0016]所述光源1、光格柵3、攝像頭9三者的位置相對固定，這樣投射出來的光和攝像頭9獲取的光斑圖像才能保持一致性，以方便測量。
[0017]所述光格柵3為圓形，其上均勻分布有圓形通孔4，這樣可以最大限度克服被測距物體6表面不平整導致測距失誤的問題。光格柵3上圓形通孔4的數(shù)量和分布沒有限制，最好使用密集均勻分布有圓形通孔4的格柵。
[0018]所述光源I為普通光源，可用白熾燈、LED燈等人造光源。
[0019]本發(fā)明的另一目的，提供一種光學測距方法，應用上述測量裝置，首先固定好光源
1、光格柵3和攝像頭9，將基準測距物體5設置在距離光源I已知的a處，基準測距物體5與光源1、光格柵3和攝像頭9在同一固定軸線上，打開光源1，通過攝像頭9獲取基準測距物體5表面光斑7的最大長度為X像素，假設光線2的發(fā)散角為W，通過等式tan (W) =a/x，可計算出發(fā)散角W的值；然后測量被測距物體6的距離，被測距物體6與光源1、光格柵3和攝像頭9在同一固定軸線上，通過同一個攝像頭9獲取被測距物體6表面光斑8最大長度為I像素，假設被測距物體6與光源I的距離為b，可由光源I發(fā)散角W的三角函數(shù)得出tan(W)=a/x=b/y，則可計算出b=a/xXy，得出被測距物體6與光源I的最小距離。
【主權項】
1.一種光學測距裝置，其特征在于: 包括光源，該光源對被測距物體表面提供光線； 光格柵，其上均勻分布有圓形通孔，光線透過光格柵射向被測距物體，; 以及攝像頭，該攝像頭獲取投影在被測距物體上的光斑圖像； 光格柵位于光源前方，攝像頭置于光源側(cè)面的任何位置并朝向被測物體。
2.應用權利要求1所述裝置的光學測距方法，其特征在于:固定好光源、光格柵和攝像頭，將基準測距物體設置在距離光源已知的a處，基準測距物體與光源、光格柵和攝像頭在同一固定軸線上，打開光源，通過攝像頭獲取基準測距物體表面光斑的最大長度為X像素，假設光線的發(fā)散角為W，通過等式tan (W) =a/x，計算出發(fā)散角W的值；然后測量被測距物體的距離，被測距物體與光源、光格柵和攝像頭在同一固定軸線上，通過同一個攝像頭獲取被測距物體表面光斑最大長度為I像素，假設被測距物體與光源的距離為b，可由光源發(fā)散角W的三角函數(shù)得出tan(W)=a/x=b/y,貝U可計算出b=a/xXy,得出被測距物體與光源的最小距離。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光學測距裝置，包括光源、光格柵和攝像頭，光格柵位于光源前方，攝像頭置于光源側(cè)面的任何位置并朝向被測物體。應用該裝置的測距方法是，發(fā)光源的光線透過光格柵照向被測距物體，被測距物體的迎光面會出現(xiàn)一定大小的光斑，光斑的大小與距離成正比，此時使用攝像頭獲取被測距物體迎光面的光斑圖像，獲得光斑圖像最大長度后，可依據(jù)事先測定的發(fā)散角計算出被測距物體與光源的最小距離。本發(fā)明的優(yōu)點是：結(jié)構簡單，造價低廉。
【IPC分類】G01C3-00, G01C11-32
【公開號】CN104613931
【申請?zhí)枴緾N201510042966
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】黃敬先
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月28日