专利名称：具有测距功能的电子装置及测距系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及具有测距功能的电子装置及测距系统，特别涉及一种结合激光及 图像摄取的具有测距功能的电子装置及测距系统。
背景技术：
测距不仅广泛的应用在工程测量上，也应用在一些具有人工智能的玩具及具自我 控制的车辆上(以下将这些具有人工智能的玩具及自我控制的车辆统称为电子装置)。这 些电子装置进行测距主要用于探测前方障碍物的距离，然后经过相应的控制以使得电子装 置减速、转向，以便避免碰撞或绕开这些障碍物。现有的测距方式除了利用尺具直接测量外，还有利用标杆配合仪器进行测量，但 是尺具需要人力去丈量，而标杆配合仪器测量时，则需要一个人插设标杆，而另一个人去操 控仪器，操作都很不方便，这两种方法是不能利用在前面所描述的具有人工智能的玩具及 具自我控制的车辆上。现在还有一种测距方法为激光测距法，该激光测距法的原理为利用一激光发射器 对目标探测物发射出激光，再由一低噪声、高敏感度的激光接收器接收由目标探测物反射 回的激光柱，然后利用发射及接收之间的时间差来计算距离。然而，由于光速为3X10的8 次方米每秒，当距离差异很小时，那么所得到的时间差也很少，这需要设备能非常精准的探 测到时间差才可以减少测距的误差，因此激光测距法一般较为常用于距离很长的目标探测 物的测距，例如利用在太空测距上。而在一般的电子装置上，虽然也利用激光，但只是根据 是否接收到反射光来确定激光柱是否被阻碍来确定前方是否有障碍物，而不能精准的探测 前方障碍物的距离。还有一种测距方法为图像测距法，即利用摄像设备多次摄像获得多个图像，然后 对这些图像进行识别及分析测出障碍物的距离。然而，这种图像测距法是非常的复杂及难 以实现，例如如何识别出障碍物就是一个难题。
实用新型内容有鉴于此，有必要提供一种具有测距功能的电子装置及测距系统，以解决现有测 距方法所存在的技术问题，方便、快速、精准的测出障碍物的距离。该具有测距功能的电子装置包括至少一激光发射管，该激光发射管所发射出的 激光柱在障碍物形成光斑；两个摄像单元，每一摄像单元用于摄取一图像，所述图像中形成 有该光斑的光斑影像；一控制单元用于控制该激光发射管及摄像单元的开启，并对每一摄 像单元所获取的图像进行分析，识别出每一图像中的光斑影像、确定光斑影像在各图像中 的位置，根据光斑影像的位置确定光斑影像到每一摄像单元的透镜光轴的垂直距离，然后 计算出障碍物的距离，根据该障碍物的距离执行相应的操作。进一步，该激光发射管的数量为多个，每一激光发射管发射不同颜色和波长的激 光柱。[0009]进一步，还包括有一光感应单元，该光感应单元用于探测外界光线环境，该控制单 元是为根据该光感应单元探测到的外界光线环境，开启对应的激光发射管。进一步，该激光发射管的数量为多个，其按一定形状进行排布，该控制单元还根据 每一激光发射管形成的光斑，计算出各光斑表示的障碍物的距离。进一步，该两个摄像单元的透镜光轴不平行。该具有测距系统包括至少一激光发射管，该激光发射管所发射出的激光柱在障 碍物形成光斑；两个摄像单元，每一摄像单元用于摄取一图像，所述图像中形成有该光斑的 光斑影像；一控制单元用于控制该激光发射管及摄像单元的开启，并对每一摄像单元所获 取的图像进行分析，识别出每一图像中的光斑影像、确定光斑影像在各图像中的位置，根据 光斑影像的位置确定光斑影像到每一摄像单元的透镜光轴的垂直距离，然后计算出障碍物 的距离，根据该障碍物的距离执行相应的操作。进一步，该激光发射管的数量为多个，每一激光发射管发射不同颜色和波长的激 光柱；还包括有一光感应单元，该光感应单元用于探测外界光线环境，该控制单元是为根据 该光感应单元探测到的外界光线环境，开启对应的激光发射管；该激光发射管的数量为多 个，其按一定形状进行排布，该控制单元还根据每一激光发射管形成的光斑，计算出各光斑 表示的障碍物的距离；该两个摄像单元的透镜光轴不平行。
图1为本实用新型具有测距功能的电子装置的结构示意图。图2为控制单元的模块结构图。图3为两个摄像单元20的透镜光轴平行时，障碍物的距离的几何计算原理示意 图。图4为两个摄像单元20的透镜光轴不平行时，障碍物的距离的几何计算原理示意 图。图5为本实用新型具有测距功能的电子装置的测距作业流程图。
具体实施方式
申请人:首先需要说明的是在本实用新型的附图及具体实施方式
中都只示出及详 细描述与本实用新型技术创新点相关联的结构、模块、功能及作业流程，而为了构成一完 整的电子装置、测距方法及测距系统所需的习知结构、模块、功能及作业流程并不示出或描 述，然而也必须需要说明的是在本实用新型的附图及具体实施方式
中所示出或详细描述的 结构、模块、功能及作业流程并非全部为本实用新型的必要技术特征。请参阅图所示为本实用新型具有测距功能的电子装置的结构示意图。该电子装置 1上设置有至少一激光发射管10，该激光发射管10可在该电子装置1需要判断前方是否存 在障碍物及对障碍物进行测距时开启以发射出激光柱，当电子装置1的前方存在有障碍物 时，每一激光柱会在障碍物形成有一个光斑。该电子装置1上还设置有两个摄像单元20 (第一摄像单元20A及第二摄像单元 20B)，该摄像单元20为光学摄像镜头，用于该电子装置1进行测距时且一般在所述的激光 发射管10开启后开启以获取图像。当电子装置1的前方具有障碍物时，激光发射管10所发
4射出的激光柱在该障碍物形成有光斑，所述激光发射管10及每一摄像单元20的角度设置 适当，所述每个摄像单元20所获取的图像会包含所述光斑的光斑影像。在本实施方式中， 所述摄像单元20位于所述激光发射管10的两侧，而且为了避免两个摄像单元20之间形成 有摄像死角，这两个摄像单元20的透镜光轴不平行。该电子装置1还包括有一控制单元30(详细请参阅图2的说明)，该控制单元30 用于控制该激光发射管10及摄像单元20的开启，并对每一摄像单元20所获取的图像进行 分析，识别出每一图像中的光斑影像、确定光斑影像在图像中的位置，根据光斑的位置确定 光斑的影像到摄像单元20的透镜光轴的垂直距离，利用几何公式(特别为三角形的各种计 算公式)计算出障碍物的距离。在本实用新型中，每一激光发射管10可发射不同颜色和波长的激光柱，以适应不 同外界光线环境下摄像单元20都可获得可识别的光斑影像，以减少外界光线(例如强光) 在障碍物形成的亮点造成的干扰。另外，激光发射管10的数量较佳为多个，其可按一定形 状进行排布。例如在本实施方式中激光发射管10的数量为4个，其中垂直方向上有两个激光发 射管10 (激光发射管IOA及激光发射管10B)，而位于垂直方向的激光发射管10的两侧水平 方向上各有1个激光发射管10(激光发射管IOC及激光发射管10C)，其作用为1)多个激 光发射管10所发射的激光柱在障碍物所形成的光斑是有一定形状的，该光斑在摄像单元 20所获取的图像中形成较为容易识别的图形，例如激光发射管10A、B、C所形成的光斑构成 了一个等腰三角形，而激光发射管10A、B、D所形成的光斑也可构成了一个等腰三角形，而 激光发射管10A、B、C、D所形成的光斑也可构成了一个菱形，通过这种方式可更方便于光斑 的识别；2)多个激光发射管10在障碍物上形成多个光斑，这些光斑尤其为形成可方便识别 的图形，可减少外界光线(例如强光)在障碍物形成的亮点造成的干扰；3)可以判断多个 点上的障碍物的距离，例如通过中间的激光发射管10A、B形成的光斑测出中间方向上障碍 物的距离，而通过激光发射管IOC形成光斑探测出前方偏左方向上障碍物的距离，而通过 激光发射管IOD形成光斑探测出前方偏右方向上障碍物的距离。在本实用新型中，较佳的还包括有一光感应单元40，该光感应单元40用于探测外 界光线环境，该控制单元30根据该光感应单元40探测到的外界光线环境，开启对应的激光 发射管10。请参阅图2所示，是为控制单元30的模块结构图。需要说明的是该控制单元30可 以是一单一的控制芯片，亦可以是由多个控制芯片组成。该控制单元30包括一激光发射管 控制模块310，该激光发射管控制模块310用于控制所述激光发射管10的开启及关闭。较 佳的，激光发射管10为多个且每一激光发射管10可发射不同颜色和波长的激光柱的实施 方式中，该控制单元30还包括有一外界光线探测模块320，用于控制该光感应单元40探测 外界光线环境，并确定外界光线环境。该激光发射管控制模块310是为根据该外界光线环 境选择开启相应的激光发射管10。该控制单元30还包括有一摄像控制模块330，用于控制开启所述摄像单元20，获 得所述摄像单元20所摄取的图像。较佳的，摄像控制模块330在激光发射管控制模块310 开启激光发射管10 —预定时间后开启摄像单元20该控制单元30还包括有一识别模块340，用于识别出每一图像中是否存在光斑影像，以及确定光斑影像的位置。在一图像中包含有多个光斑影像时，一一确定每一光斑影像 的位置。该控制单元30还包括有一计算模块350，用于根据光斑的位置确定光斑影像到摄 像单元20的透镜光轴的垂直距离(以下简称为像距)，然后根据特定的几何公式计算出障 碍物的距离，并记录该障碍物的距离，所述详细的计算原理请参照图3及图4所示。如果一 图像中包含有多个光斑影像时，控制单元30 —一确定每一光斑影像的位置确定每一光斑 影像的像距，然后计算出每一障碍物(每一光斑表示一个障碍物)的距离，并记录每一障碍 物的距离。该控制单元30还包括有一操作控制模块360，用于根据该障碍物或每一障碍物 的距离控制该电子装置1执行相应的操作。在不同的电子装置1中，可根据需要编写不同 操作的控制指令，例如当距离小于预定值控制减速、转向、停止等。该操作在不同的电子装 置1(例如测量工具)中可以是播报或显示出该障碍物的距离。在应用多个激光发射管10 的实施方式，也可以根据所测出的前方左、中、右障碍物的距离不同控制远动的方向例如直 行、左转、右转、减速、停止或转向等。参阅图3所示，为两个摄像单元20的透镜光轴平行时，障碍物的距离的几何计算 原理示意图。在该图中只示障碍物上形成有一个光斑的情况，如果有多个光斑，每一光斑所 表示的障碍物的距离的计算原理相同。在该图中，A点表示激光发射管10所发射的激光柱在障碍物上所形成的光斑，点 01表示第一摄像单元20A的透镜光心，A’表示光斑A在第一摄像单元20A的影像感测片上 所形成的光斑影像，光心01到影像感测片的垂直连线为01B，A’ B为影像A’的像距。点02表示第二摄像单元20B的透镜光心，A”表示光斑A在第二摄像单元20B的 影像感测片上所形成的光斑影像，光心02到影像感测片的垂直连线为02C，A”C为影像A” 的像距。BC的长度为第一摄像单元20A与第二摄像单元20B的轴心距。当第一摄像单元20A设置完毕后，OlB的长度是固定的，而且像距A’ B很容易获 得。根据OlB及A，B即可计算出角01A，B。同理可计算出角01A” C。而且轴心距BC为一 固定值，那么A，A”的距离为轴心距BC与像距A，B、像距A” C的和。在一三角形中求知两 个角及一条边的情况下，很容易的获得其他边及一条边上的高度。而点A到影像A’及影像 A”的连线A’ A”的垂直线AM即为障碍物的距离即可求出。当然，也可以将点A到光心01 及光心02的连线0102的垂直线AP作为障碍物的距离。参阅图4所示，为两个摄像单元20的透镜光轴不平行时，障碍物的距离的几何计 算原理示意图。在该图中只示障碍物上形成有一个光斑的情况，如果有多个光斑，每一光斑 所表示的障碍物的距离的计算原理相同。A点表示激光发射管10所发射的激光柱在障碍物上所形成的光斑，点01及点02 分别为第一摄像单元20A及第二摄像单元20B的透镜光心，而经过光心01及光心02的直 线Zl及Z2分别为第一摄像单元20A及第二摄像单元20B的透镜光轴。该光轴Zl与Z2在 一个平面上。A’表示光斑A在第一摄像单元20A的影像感测片上所形成的光斑影像，光心01到 影像感测片的垂直连线为01B，OlB位于光轴Zl上，A’ B为影像A’的像距。B点为影像感 测片与光轴Zl的垂直交点。
6[0038]A”表示光斑A在第二摄像单元20B的影像感测片上所形成的光斑影像，光心02到 影像感测片的垂直连线为02C，02C位于光轴Z2上，A”C为影像A”的像距。C点为影像感 测片与光轴Z2的垂直交点。光轴Zl与光轴Z2与连线BC在本实施方式中成锐角。连线BC 与光心01与光心02的连线0102平行。当第一摄像单元20A设置完毕后，OlB的长度是固定的，而且像距A’ B很容易获 得。根据OlB及A’ B即可计算出角01A’ B。同理可计算出角01A” C。由于角A0102与角01A，B相等，角A0201与角02A”C相等，可算出角A0102及角 A0201。01与光心02的距离0102为固定值。在一三角形中求知两个角及一条边的情况下， 很容易的获得其他边及一条边上的高度。而点A到光心01及光心02的连线0102的垂直 线AP作为障碍物的距离即可求出。当然，也可以将AP与连线0102与连线BC的距离PM之 和AM作为障碍物的距离，0102与连线BC的距离PM在已经调制好的电子装置1中是固定 的，AM亦可求出。参阅图5所示，本实用新型具有测距功能的电子装置的测距作业流程图，开启激 光发射管10发射出激光柱，该激光柱在障碍物上形成光斑(步骤S410)。开启所述摄像单 元20，通过该摄像单元20摄取图像。较佳的，开启摄像单元20是在开启激光发射管10 — 预定时间后(步骤S420)。识别出每一图像中是否存在光斑的光斑影像，以及当存在有光斑 影像时确定光斑影像的位置。如果一图像中包含有多个光斑影像时，一一确定每一光斑影 像的位置(步骤S430)。根据光斑影像的位置确定光斑影像到摄像单元20的透镜光轴的 垂直距离，然后计算出障碍物的距离，并记录该障碍物的距离，所述详细的计算原理请参照 图3及图4所示。当一图像中包含有多个光斑影像时，一一确定每一光斑影像的位置确定 每一光斑影像的像距，然后计算出每一障碍物(每一光斑影像表示一个障碍物)的距离，并 记录每一障碍物的距离(步骤S440)。根据该障碍物或每一障碍物的距离控制该电子装置 1执行相应的操作(步骤S450)。在激光发射管10为多个且每一激光发射管10可发射不同颜色和波长的激光柱的 实施方式中，在步骤S410之前还可包括步骤通过光感应单元40探测外界光线环境，并确 定外界光线环境。步骤S410中控制激光发射管10开启是为根据该外界光线环境选择开启 相应的激光发射管10。在本实用新型中，激光发射管10、摄像单元20、控制单元30及光感应单元40可以 位于不同的装置中而非一定位于一个单一的装置中，这些装置构成了测距系统。
权利要求一种具有测距功能的电子装置，其包括有一控制单元，其特征在于，该电子装置还包括有至少一激光发射管，该激光发射管所发射出的激光柱在障碍物形成光斑；两个摄像单元，每一摄像单元用于摄取一图像，所述每一图像中形成有该光斑的光斑影像；该控制单元用于控制该激光发射管及摄像单元的开启，并对每一摄像单元所获取的图像进行分析，识别出每一图像中的光斑影像、确定光斑影像在各图像中的位置，根据光斑影像的位置确定光斑影像到每一摄像单元的透镜光轴的垂直距离，计算出障碍物的距离，根据该障碍物的距离执行相应的操作。
2.如权利要求1所述的具有测距功能的电子装置，其特征在于，该激光发射管的数量 为多个，每一激光发射管发射不同颜色和波长的激光柱。
3.如权利要求2所述的具有测距功能的电子装置，其特征在于，还包括有一光感应单 元，该光感应单元用于探测外界光线环境，该控制单元是为根据该光感应单元探测到的外 界光线环境，开启对应的激光发射管。
4.如权利要求1所述的具有测距功能的电子装置，其特征在于，该激光发射管的数量 为多个，其按一定形状进行排布，该控制单元是为根据每一激光发射管形成的光斑，计算出 各光斑表示的障碍物的距离。
5.如权利要求1所述的具有测距功能的电子装置，其特征在于，该两个摄像单元的透 镜光轴不平行。
6.一种测距系统，其包括有一控制单元，其特征在于，该测距系统还包括有至少一激光发射管，该激光发射管所发射出的激光柱在障碍物形成光斑；两个摄像单元，每一摄像单元用于摄取一图像，所述每一图像中形成有该光斑的光斑 影像；该控制单元用于控制该激光发射管及摄像单元的开启，并对每一摄像单元所获取的 图像进行分析，识别出每一图像中的光斑影像、确定光斑影像在各图像中的位置，根据光斑 影像的位置确定光斑影像到每一摄像单元的透镜光轴的垂直距离，然后计算出障碍物的距罔。
7.如权利要求6所述的测距系统，其特征在于，该激光发射管的数量为多个，每一激光 发射管发射不同颜色和波长的激光柱。
8.如权利要求7所述的测距系统，其特征在于，还包括有一光感应单元，该光感应单元 用于探测外界光线环境，该控制单元是为根据该光感应单元探测到的外界光线环境，开启 对应的激光发射管。
9.如权利要求6所述的测距系统，其特征在于，该激光发射管的数量为多个，其按一定 形状进行排布，该控制单元是为根据每一激光发射管形成的光斑，计算出各光斑表示的障 碍物的距离。
10.如权利要求6所述的测距系统，其特征在于，该两个摄像单元的透镜光轴不平行。
专利摘要本实用新型提供一种具有测距功能的电子装置，其包括至少一激光发射管，该激光发射管所发射出的激光柱在障碍物形成光斑；两个摄像单元，每一摄像单元分别用于图像，所述图像中形成有该光斑的光斑影像；该控制单元用于控制该激光发射管及摄像单元的开启，并对每一摄像单元所获取的图像进行分析，识别出每一图像中的光斑影像、确定光斑影像在各图像中的位置，根据光斑影像的位置确定光斑影像到每一摄像单元的透镜光轴的垂直距离，然后计算出障碍物的距离，根据该障碍物的距离执行相应的操作。本实用新型还提出相应的测距系统及测距方法。
文档编号G01C11/00GK201748918SQ20092020577
公开日2011年2月16日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者王义龙 申请人:深圳科奥智能设备有限公司