专利名称：无扫描器的成像测距方法及其测距仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及成像测距或称三维成像领域，尤其涉及一种无扫描器的成像测距方法及其测距仪。
背景技术：
成像测距或三维成像是机器视觉的关键部件之一，在工业、军事、交通等领域有许多应用，包括机器人自主装配中的快速目标识别和定位，无人驾驶汽车障碍检测和躲避、航天飞行器精密自动着陆、航天飞行器自主对接等。但是，目前扫描成像的三维传感原理，由于机械扫描机构的存在和限制，使得系统在实时性，抗振性、车(机)载使用、体积等方面的性能难以有突破性的提高。因此发展无扫描器的三维成像技术是人们关注的焦点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供视频速度工作的、低成本的一种无扫描器的成像测距方法及其测距仪。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一、测距方法采用脉冲信号累加模式，即在一帧内，激光光源以周期为T、脉宽为t’发出N个脉冲光照明被测区域，其中t′≤t＜T，t＝s/c，s为距离分辨率，c为光速，被测区域内物体的反射光经透镜成像在像增强器上，对第i个脉冲光，i＝1～N，像增强器仅在为0到i×t时间之内被选通接收光信号，像增强器的输出信号被摄像机接收，当N个脉冲接收完毕后，摄像机输出一帧图像；脉冲信号累加模式所需的脉冲光源控制信号和像增强器的选通控制信号用一个调制信号发生器来实现。
像增强器是可选通的，工作在二值输出模式，即当输入光强度小于阈值时，输出都为一个很小的固定值，当输入光强度大于阈值时，输出都为一个远大于低值的固定值。
二、测距仪包括激光光源，照相镜头，像增强器，摄像机，视频信号处理器，调制信号发生器；激光光源的脉冲光照明被测物体，反射光经照相镜头输入至像增强器，像增强器的输出接摄像机，摄像机的输出接视频信号处理器，调制信号发生器的一路脉冲控制信号接激光光源、一路选通控制信号接像增强器。
所说的摄像机是普通的γ＝1的黑白或彩色摄像机；视频信号处理器是个人计算机、DSP数字信号处理器或嵌入式处理器；调制信号发生器为可编程器件IspLsi1032E。
本发明具有的有益的效果是该测距仪可达到视频速度的成像测距，且没有机械扫描部件，具有实时性、坚固性好的突出优点，适合固定、车载、机载应用，在工业、交通、军事等领域有广泛的用途。
图1(a)是激光光源光脉冲脉宽图；图1(b)是像增强器选通脉冲脉宽图；图2是本发明的结构原理示意图。
图中1、激光光源，2、照相镜头，3像增强器，4、摄像机，5、视频信号处理器，6、调制信号发生器。
具体实施例方式
如图2所示，本发明包括激光光源1，照相镜头2，像增强器3，摄像机4，视频信号处理器5，调制信号发生器6。激光光源1的脉冲光经照相镜头2输入至像增强器3，像增强器3的输出接摄像机4，摄像机4的输出接视频信号处理器5，调制信号发生器6的一路脉冲控制信号接激光光源1、一路选通控制信号接像增强器3。
摄像机4是普通的γ＝1的黑白或彩色摄像机；视频信号处理器5是个人计算机、DSP数字信号处理器或嵌入式处理器；调制信号发生器6为可编程器件IspLsi1032E芯片。
激光光源1在工作时同时照明整个被拍摄的目标区域，且工作在脉冲发光方式，被测区域内物体的反射光经照相镜头2成像被像增强器3接收，像增强器3是可选通的，工作在二值输出模式，即当输入光强度小于阈值时，输出都为一个很小的固定值，当输入光强度大于阈值时，输出都为一个远大于低值的固定值。像增强器3的输出被摄像机4接收，摄像机4是普通的γ＝1的黑白或彩色摄像机。本发明提出了一种脉冲信号累加模式，如图1(a)和图1(b)所示，“在一帧内，光源1以周期为T、脉宽为t’(其中t′≤t＜T，t＝s/c，s为距离分辨率，c为光速)发出N个脉冲光照明被测区域，像增强器3接收被测区域内物体的反射光。对第i个脉冲光，像增强器3仅在为0到i×t时间之内接收光信号。当N个脉冲接收完毕后，摄像机4输出一帧图像。这样，图像中目标的强度与目标的距离成反比，这就是要测的距离图像，或称三维图像。”从摄像机4输出的图像送入视频信号处理器5，视频信号处理器5可以是个人计算机、数字信号处理器(DSP)或其他嵌入式处理器，用户可在这里进行自己所需的各种处理及显示。调制信号发生器6按脉冲信号累加模式发信号，可产生一路信号用于控制脉冲激光光源1的发光，产生另一路信号用于控制像增强器3的选通。
下面进一步解释脉冲信号累加模式设被测量距离总长度为S，距离分辨率为s，则一帧内共需发出N＝S/s个脉冲，脉宽t′≤t＝s/c，c为光速。工作时，激光光源1同时照明整个被拍摄的目标区域，且在调制信号发生器6的控制下以周期为T发出一个个脉宽为t′的脉冲光，其中1/T≥N·f，f为帧频。在光源1发出第一个脉冲光时，像增强器3在调制信号发生器6的控制下选通，选通时间为t，这样在距离为0～s内的物体的反射光被像增强器3接收，由于像增强器3的输出是二值的，所以物体像是等强度的，记为v。像增强器3的输出被摄像机4的传感器接收并存储，摄像机4的传感器内产生的信号强度将正比于vt’。在激光光源1发出第二个脉冲光时，像增强器3在调制信号发生器6的控制下选通，选通时间为2t，这样在距离为0～2s内的物体的反射光被像增强器3接收，像增强器3的输出被摄像机4的传感器接收、累加、存储，这时在摄像机4的传感器中，0～s距离内的物体的信号强度正比于2vt’，s～2s距离内的物体的信号强度正比于v’t。依次类推，在接收了N个光脉冲后，0～s距离内的物体的信号强度正比于Nvt’，s～2s距离内的物体的信号强度正比于(N-1)vt’，…，(N-1)s～Ns距离内的物体的信号强度正比于vt’，这时摄像机[4]输出一帧强度-距离相关的图像。
权利要求
1.一种无扫描器的成像测距方法，其特征在于采用脉冲信号累加模式，即在一帧内，激光光源以周期为T、脉宽为t’发出N个脉冲光照明被测区域，其中t’≤t＜T，t＝s/c，s为距离分辨率，c为光速，被测区域内物体的反射光经透镜成像在像增强器上，对第i个脉冲光，i＝1～N，像增强器仅在为0到i×t时间之内被选通接收光信号，像增强器的输出信号被摄像机接收，当N个脉冲接收完毕后，摄像机输出一帧图像；脉冲信号累加模式所需的脉冲光源控制信号和像增强器的选通控制信号用一个调制信号发生器来实现。
2.根据权利要求1所述的一种无扫描器的成像测距方法，其特征在于所说的像增强器是可选通的，工作在二值输出模式，即当输入光强度小于阈值时，输出都为一个很小的固定值，当输入光强度大于阈值时，输出都为一个远大于低值的固定值。
3.用于权利要求1所述的一种无扫描器的成像测距方法的测距仪，其特征在于包括激光光源(1)，照相镜头(2)，像增强器(3)，摄像机(4)，视频信号处理器(5)，调制信号发生器(6)；激光光源(1)的脉冲光照明被测物体，反射光经照相镜头(2)输入至像增强器(3)，像增强器(3)的输出接摄像机(4)，摄像机(4)的输出接视频信号处理器(5)，调制信号发生器(6)的一路脉冲控制信号接激光光源(1)、一路选通控制信号接像增强器(3)。
4.根据权利要求3所述的一种无扫描器的成像测距方法的测距仪，其特征在于所说的摄像机(4)是普通的γ＝1的黑白或彩色摄像机；视频信号处理器(5)是个人计算机、DSP数字信号处理器或嵌入式处理器；调制信号发生器(6)为可编程器件IspLsi1032E。
全文摘要
本发明公开了一种无扫描器的成像测距方法及其测距仪。激光光源的脉冲光照明被测物体，反射光经照相镜头输入至像增强器，其输出接摄像机，摄像机的输出接视频信号处理器，调制信号发生器的一路脉冲控制信号接光源、一路选通控制信号接像增强器。采用脉冲信号累加模式，即在一帧内，光源以周期为T、脉宽为t′发出N个脉冲光照明被测区域，被测区域内物体的反射光经透镜成像在像增强器上，对第i个脉冲光，i＝1～N，像增强器仅在为0到i×t时间之内被选通接收光信号，像增强器的输出信号被摄像机接收，当N个脉冲接收完毕后，摄像机输出一帧图像。该测距仪可达到视频速度的成像测距，且没有机械扫描部件，具有实时性、坚固性好的突出优点。
文档编号G01C3/00GK1580697SQ20041001852
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月18日 优先权日2004年5月18日
发明者严惠民 申请人:浙江大学