本发明属于空间定位领域，具体地，涉及一种光学测距的方法及装置。
背景技术：
空间定位与测距技术随着元器件的小型化，成本的低廉化，已经越来越普及到普通消费级市场中，其中最典型的应用场景为家用小型机器人，无人机等移动端的自主导航领域。空间测距技术中，光学测距较其他测距方式如超声波测距，射频电路测距等具有精度高，响应快，抗干扰性相对较强等优势，因此被广泛采纳。最常见的光学定位测量装置基本包含一个光学发射装置和一个光学接收装置，测距方法有脉冲时间差法，相位差法，以及三角测量法，这几种方法中，相位差方法精度高，测量距离远，但测量频率低，响应较慢，不适合高速移动测量；脉冲时间差法，测量频率高，响应快，但是对硬件要求很高。三角测量法是较折中的办法，其测量距离和精度适中，响应较快，硬件成本相对较低，因此，大部分的消费级光学测距装置如扫地机器人用的激光雷达，广泛采用三角测量法。
目前，绝大部分消费级光学测距装置(如扫地机器人)对于采集响应速度的要求较高，因此，为保证测量时的高帧率(例如1800帧/秒以上)，现有技术中，三角测量的光学装置普遍采用一种特殊结构的线性图像传感器，成本是普通的面阵图像传感器的6-10倍，高昂的价格使其普及困难。另，线性图像传感器相比于面阵式图像传感器，其每个像素可能是正方形，也可能是矩形(如：32um*4um)，而且其行和列的像素数量分布呈现明显的线性特点，例如(每行像素数量：2048个，行数：4行)，正是由于线性图像传感器的感光像素行数很少，导致传感器感光面积很窄，所以光发射器需要严格对齐线性传感器像素中心水平位置，以保证反射光线可以被传感器接收，因此对激光器俯仰角度安装误差有较高的要求，不利于生产。此外，现有的光学测距装置只能对单光点进行测量，采样密度不够高。
技术实现要素：
本发明提供了一种光学测距的方法及装置，采用了廉价的面阵式图像传感器，可动态划分多个感光子区域一次性采集多个光点，解决了现有技术中由于采用线性图像传感器实现光学测距带来的成本过高、安装要求高、采样密度低的问题，有效地降低了成本，提高了采样密度，同时提高了对安装误差的容错度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种光学测距装置，该光学测距装置包括：
光发射器，用于发射光至目标物体；
光接收器，用于接收发射光至所述目标物体后的反射光，所述光接收器包括镜头及面阵式图像传感器，所述面阵式图像传感器包含感光区域，所述感光区域划分为一个或多个感光子区域，所述一个或多个感光子区域用于采集一个或多个所述反射光的光点，所述光接收器还用于生成响应信号，所述响应信号包括所述一个或多个反射光点的位置信息；
处理器，用于接收所述光接收器生成的响应信号，并根据所述反射光点的位置信息，利用三角法计算出所述目标物体至所述光学测距装置的距离。
本发明的一个实施例中，该感光区域划分为一个或多个感光子区域，具体为：
该感光区域划分为一个或多个带状感光子区域，该感光子区域行数为m行，其中m为大于等于1的正整数；则该面阵式图像传感器还用于：在该一个或多个感光子区域采集该一个或多个反射光的光点后，获取该一个或多个反射光点的列位置信息。
本发明的一个实施例中，该一个或多个感光子区域用于采集该一个或多个反射光的光点，具体为：
当该光发射器发射多束点状光时，该多个感光子区域用于采集多个反射光点，该多个反射光点在该多个感光子区域中呈现类十字状或类矩阵状分布。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器用于获取该一个或多个反射光点的列位置信息，具体为：
该面阵式图像传感器获取该一个或多个反射光点的重心位置的列坐标信息。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器还用于：将该感光子区域中的每一列的若干个像素的灰度值进行均值计算，计算出的结果为m行像素信息压缩为一行或若干行像素信息的结果。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器包含所述多个感光子区域，该面阵式图像传感器将该多个感光子区域中其中一个或多个设置为有效感光区域，该有效感光区域在采集到该反射光点后，所述面阵式图像传感器产生并输出响应信号，其余则设置为无效感光区域，该无效感光区域在采集到该反射光点后，所述面阵式图像传感器不输出响应信号。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器还用于：
动态调节感光子区域的高度位置，以使一个或多个反射光点的重心落入所述感光子区域内。
本发明的一个实施例中，该光发射器包括激光源及分光器，该分光器用于将该激光源发出的点状激光分为一束或多束点状激光。
本发明的一个实施例中，该分光器为衍射光栅或光学棱镜。
本发明实施例还提供一种面阵式图像传感器，该面阵式图像传感器包括感光区域，该感光区域划分为一个或多个感光子区域，该一个或多个感光子区域用于采集一个或多个反射光的光点，并获取该一个或多个反射光点的位置信息，该面阵式图像传感器还用于生成响应信号，发送该响应信号至光学测距装置，其中，该响应信号包括该一个或多个反射光点的位置信息。
本发明的一个实施例中，该感光区域划分为一个或多个感光子区域，具体为：该感光区域划分为一个或多个带状感光子区域，该感光子区域行数为m行，其中m为大于等于1的正整数；则该感光子区域获取该一个或多个反射光点的位置信息，具体为：在该一个或多个感光子区域采集该一个或多个反射光的光点后，获取该一个或多个反射光点的列位置信息。
本发明的一个实施例中，该一个或多个感光子区域用于采集该一个或多个反射光的光点，包括：该多个感光子区域用于采集多个反射光点，该多个反射光点在该多个感光子区域中呈现类十字状或类矩阵状分布。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器还用于：将该感光子区域中的每一列的若干个像素的灰度值进行均值计算，计算出的结果为m行像素信息压缩为一行或若干行像素信息的结果。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器包含多个感光子区域，该面阵式图像传感器将该多个感光子区域中其中一个或多个设置为有效感光区域，该有效感光区域在采集到该反射光点后产生并输出响应信号，其余则设置为无效感光区域，该无效感光区域在采集到该反射光点后不输出响应信号。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器还用于：
动态调节感光子区域的高度位置，以使一个或多个反射光点的重心落入所述感光子区域内。
本发明的一个实施例中，该面阵式图像传感器为互补金属氧化物半导体cmos图像传感器或电荷耦合元件ccd图像传感器。
本发明实施例还提供一种光学测距的方法，该光学测距方法具体为：
光发射器发射光至目标物体；
面阵式图像传感器接收发射光至该目标物体后的反射光产生响应信号，该响应信号包括该一个或多个反射光点的位置信息，其中，该面阵式图像传感器包含感光区域，该面阵式图像传感器将该感光区域划分为一个或多个感光子区域，以便该面阵式图像传感器通过该一个或多个感光子区域采集一个或多个该发射光的光点；
处理器根据所述一个或多个反射光点的位置信息计算出该目标物体的距离。
本发明的一个实施例中，在该采集一个或多个反射光的光点后，该方法还包括：获取该一个或多个反射光点的列位置信息。
本发明的一个实施例中，该采集该一个或多个反射光的光点，包括：
当该光学测距装置发射多束点状光时，该多个感光子区域采集多个反射光点，该多个反射光点在该多个感光子区域中呈现类十字状或类矩阵状分布。
本发明的一个实施例中，该方法还包括：将该感光子区域中的每一列的若干个像素的灰度值进行均值计算，计算出的结果为m行像素信息压缩为一行或若干行像素信息的结果。
本发明实施例的方法具有下列优点：
本发明实施例中，由于采用了廉价的面阵式图像传感器来采集一个或多个反射光点，不仅可达到传统的线性图像传感器才能达到的效果，还可动态设置和调整感光区域，降低了安装要求，实现了高速、多区域、高密度测量，有效降低生产难度和成本，提高了产品竞争优势，带来了商业上的成功。此外，由于传统的面阵式图像传感器是二维数据图像传感器，其数据处理量大，测量帧率不能满足高速测距(至少1800帧/秒)的要求，故难以实现消费级高速光学测距，而本发明实施例创造性地通过选取一个或多个感光子区域的方式一次性采集一个或多个反射光点，并对多行像素进行均值合并，不仅有效降低了处理器的数据处理量，还增加了测量密度，从而提高了测量精度，保证了高速测量的帧率，克服了面阵式图像传感器不适用于高速光学测距的技术偏见。
附图说明
图1a是本发明实施例1中光学测距装置组成结构图；
图1b是本发明实施例1中另一光学测距装置组成结构图；
图2a是本发明实施例1中感光区域划分示意图；
图2b是本发明实施例1中光发射器中心与感光区域中心线未对齐示意图；
图2c是本发明实施例1中反射光点数为1且感光子区域数为1的特殊情形示意图；
图2d是本发明实施例1中反射光点呈现类十字状分布示意图；
图2e是本发明实施例1中反射光点呈现类矩阵状分布示意图；
图3是本发明实施例1中单列像素合并算法示意图；
图4是本发明实施例2中面阵式图像传感器结构示意图；
图5是本发明实施例3中光学测距方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
为达到以上目的，如图1a所示，本发明提供了一种光学测距的装置11，该装置11包括以下部件：
光发射器101，用于发射光至目标物体；
可选地，如图1b所示，光发射器101发射点状光(例如激光)至目标物体，该光发射器101包括激光源1011及分光器1012，激光源1011用于产生激光源并发射，分光器1012放置在激光源1011的发射口，用于将激光源1011发出的点状激光经过分光器1012的分光，分为一束或多束点状激光发射到目标物体上，并产生相应的一束或多束点状反射激光。通过将一个激光点分为多个激光点的方式，可保证光学测距装置同时采集多个反射光点，提高了采集密度。
可选地，所述分光器1012为衍射光栅(diffractionopticalelements，doe)或光学棱镜，也可以是其他的分光器件，本发明实施例对此并无限制。
光接收器102，用于接收光发射器101发射光至所述目标物体后的反射光，所述光接收器102包括镜头1021及面阵式图像传感器1022，所述面阵式图像传感器1022包含感光区域，如图2a所示，感光区域划分为一个或多个感光子区域(感光子区域1、感光子区域2……感光子区域n)，所述一个或多个感光子区域用于采集一个或多个所述反射光的光点；所述光接收器还用于生成响应信号，所述响应信号包括所述一个或多个反射光点的位置信息；
面阵式图像传感器与线性图像传感器相比，前者的每个像素都是正方形，其宽度和高度尺寸都一样(例如3um*3um)，每行的像素数量和行数可以为4:3或16:9(如：每行像素数量：1280个，行数：720行)，而后者每个像素可能是正方形，也可能是矩形(如：32um*4um)，而且其行和列的像素数量分布呈现明显的线性特点，例如(每行像素数量：2048个，行数：4行)。而目前消费级市场上采用的服务机器人(如扫地机器人)采用的光学测距装置，无一例外全部都是用的昂贵的线性图像传感器，没有用廉价的面阵式图像传感器。因为面阵式图像传感器本身会大面积的成像，其设计功能、制造工艺都不具备线性传感器的几大特点：窗口小、数据少、帧率高和低曝光时间下高敏感度。因此，面阵式图像传感器诞生的目的或其使用的初衷不是为了做线性扫描，即，面阵式图像传感器不是为了当做线性传感器来用的。综上，面阵式图像传感器的诸多特性决定了其不是为了高速线性扫描而设计的，如果要把面阵图像传感器的大部分成像面积丢弃，而只用其中一小条，并且高速输出帧率，这就会产生两个问题：第一，极大的浪费了面阵式图像传感器的资源；第二，要高速输出帧率，必须对面阵图像传感器的底层设置进行很多参数调整，确保其能达到高速(1800帧/秒以上)、极短曝光时间(几十微妙)下高敏感度输出的目的，目前，市面上绝大部分的面阵式图像传感器都无法做到这点。因此，对于本领域普通技术人员而言，消费级的高速高敏感度的光学测距装置均普遍采用线性图像传感器，而没有使用面阵式图像传感器。但是在本发明实施例中，创造性地提出了采用廉价的面阵式图像传感器代替线性图像传感器，使用面阵式图像传感器中一个或多个感光子区域采集一个或多个反射光点的技术手段，数据处理速度快，并极大的提高了采样精度及密度，同样实现了只有线性图像传感器才能实现的高速测距效果。带来了以下效果：
一.极大降低了产品成本，提高了产品的竞争优势，带来了商业上的成功。由于线性图像传感器的成本是面阵式图像传感器的数倍，使用面阵式图像传感器代替线性图像传感器的方案，必将极大的降低光学测距装置的成本，有利于产品在消费级市场上的普及，带来了商业上的成功。
二.克服了技术偏见。综上，目前的消费级市场上高速光学测距装置均采用线性图像传感器，而舍弃面阵式图像传感器，显然，由于面阵式图像传感器具备大面积采集，数据处理量大的特点，本领域普通技术人员认为使用面阵式图像传感器在高速光学测距领域而言根本行不通，而本发明实施例提供的方案，创造性地采用了面阵式图像传感器代替线性传感器，并实现了同样的技术效果，恰恰克服了面阵式图像传感器无法应用在高速光学测距领域的技术偏见。
可选地，如图2a所示，所述感光区域可划分为一个或多个带状感光子区域，全部或部分的感光子区域行数可以设置为m行，其中m为大于等于1的正整数。每个感光子区域的起始行、结束行、起始列及结束列可事先配置好，并且，每一感光子区域的高度及位置均动态可调节，只需要在面阵式图像传感器的寄存器中修改相应起始行位置、行高及列高即可。例如，当光发射器发射光至目标物体，面阵式图像传感器开启曝光之后，面阵式图像传感器首先全局扫描感光面上的每一个像素，在检测到反射光点所在的区域之后，面阵式图像传感器可动态设置感光面上的感光区域(感光区域即包含了所有反射光点的区域，其感光区域大小可动态设置，其面积小于等于感光面的面积)，并设置相应起始行位置及行高、列高，同时将该感光区域划分为多个感光子区域，此后，只需要逐行扫描该感光区域的像素，即可实现快速获取反射光点的位置信息。这样带来的好处是：如果在该光学测距装置生产制造时，由于安装误差，使得反射光点的重心没有落入感光子区域(如图2b所示)，则可以通过动态调整感光子区域的起始行位置，使得反射光点仍然落在感光子区域中，从而可以降低对生产工艺的要求。
为了方便本领域普通技术人员理解，每一带状感光子区域可理解为一个线性图像传感器的感光区域，多个带状感光子区域，可理解为多个线性图像传感器感光区域面阵的纵向“叠加”。而当感光子区域的数量为1，且采集反射光点数量也为1时，其成像效果如图2c所示，此情形下，为了方便理解，可理解为该情形是利用面阵式图像传感器来“模拟”线性图像传感器的一种特殊情形。但是，本领域普通技术人员应理解，此处的说明仅仅只是用于方便技术人员更容易理解本发明实施例提供的技术方案，实际产品中，面阵式图像传感器划分为一个或多个带状感光子区域，需要通过复杂的配置、验证及后续的数据处理，并非简单地“模拟”或“叠加”线性图像传感器的感光区域。
可选地，当所述光发射器101通过分光器1012发射多束点状光时，所述多个感光子区域用于采集多个反射光点，且多个反射光点在所述多个感光子区域中呈现类十字状或类矩阵状分布。需要说明的是，类十字状分布表示的是其反射光点成像等于或近似于十字状分布，对于反射光点成像，有可能每个光点的位置有偏差，使之呈现出并非绝对的十字状分布，而有可能呈现出近似于十字状分布的成像。同理，类矩阵状分布即成像等于或近似于矩阵状。图2d是反射光点在感光子区域中呈类十字状分布的示意图。如图2d所示，在该感光区域中，该反射光点一共有p行(如示意图中，p＝7)，其中中间一行有q个点(如示意图中，q＝4)，其余每行1个点，其中p和q均为正整数。图2e是反射光点在感光子区域中呈类矩阵状分布的示意图。如图2e所示，矩阵状与十字状的区别在于，矩阵状一共有p行，且每一行均有q个点。
可选地，反射光点的位置信息包括行位置信息及列位置信息。所述面阵式图像传感器1022还用于：在所述一个或多个感光子区域采集所述一个或多个反射光的光点后，获取所述一个或多个反射光点的列位置信息。可选地，获取一个或多个反射光点的列位置信息，具体为：所述面阵式图像传感器获取所述一个或多个反射光点的重心位置的列坐标信息。需要说明的是，重心位置是对区域内有效的坐标进行亮度加权平均后的位置，重心位置不同于中心位置，中心位置则是区域的最小包围框的几何中心。例如，反射光点在一个感光子区域内占据5个像素点，则该反射光点的重心位置即是该5个像素点坐标的亮度加权平均后的位置。之所以需要获取重心位置的列坐标信息，是因为根据三角测量法，在已知光发射器101和面阵式图像传感器1022相对角度及间距的情况下，可根据列坐标信息测算出目标物体距离光学测距装置的距离。而根据三角测量法，只需要知道列坐标信息即可测算，而无需获取其行坐标信息，因此，感光子区域可以主要在列方向排布，行方向上可以只用一行或很窄的行数。
可选地，面阵式图像传感器1022还用于进行单列像素合并算法(binning算法)，binning算法通过将传感器上划分的m行像素信息压缩为一行或多行，可实现面阵式图像传感器快速读取数据。具体为：将所述感光子区域中的每一列的若干个像素的灰度值进行均值计算，计算出的结果为m行像素信息压缩为一行或若干行像素信息的结果。使得在垂直视场不变的情况下，数据量为原来的若干分之一，并且将极大提高输出图像的信噪比。如图3所示，在采集得到m行的数据量后，经过该binning算法，压缩后的数据量仅为原数据量的若干分之一。
可选地，面阵式图像传感器1022可包含多个感光子区域，所述面阵式图像传感器将所述多个感光子区域中其中一个或多个设置为有效感光区域，所述有效感光区域在采集到所述反射光点后，面阵式图像传感器1022产生并输出响应信号，其余则设置为无效感光区域，所述无效感光区域在采集到所述反射光点后，面阵式图像传感器1022不输出响应信号，从而达到降低每帧图像数据处理量，获取高帧率的目的。
处理器103，用于接收所述光接收器102生成的响应信号，并根据所述反射光点的位置信息，利用三角法计算出所述目标物体至所述光学测距装置11的距离。
可选地，处理器103可包括主控模块及数据处理模块，主控模块用于开启/关闭光发射器101发射光至目标物体，同时也负责开启/关闭光接收器接收反射光，在本发明实施例中，可通过主控模块同时或依次开启感光子区域进行曝光，以使面阵式图像传感器1022一次性获取一个或多个反射光点。数据处理模块用于接收光接收器102生成的响应信号，并利用三角法测距。
三角法是光学测距领域常用的一种测量方法，该方法如下：通过计算区域的重心位置以及已知的激光发射装置和图像传感器相对角度及间距，可以推算目标距离图像传感器的距离。三角法的基本测量公式为z＝b*f/x；其中b表示激光发射装置和图像传感器间距，f为图像传感器所使用的镜头焦距，x为求得的反射光投影在图像传感器上的列坐标的重心位置，z为测得的距离，从公式上看出，测量距离仅与重心在列方向的位置有关，和行数无关，因此感光面阵可以主要在列方向排布，行方向上可以只用一行或很窄的行数；另外，测量的误差公式为e＝1/(b*f/(n*z)+1),其中，n表示重心提取的误差，可以看出，测量误差e和b,f成反比，和n，z成正比。因此，在b,f和n一定的情况下，需要选择相对长焦的镜头来减小不同距离的误差。
对于图2d和图2e的类十字状和类矩阵状的测距，其每一个反射光点同样适用于三角法，此外，对于每个反射光点，一般会用到连通域分割的方法获得该点的区域，因此多个点在同一行出现也可以进行求解。连通域分割法为本领域技术人员常用算法之一，本发明实施例在此不再累述。
本发明实施例中，本方案采用的面阵式图像传感器成本低廉，通过分光器将激光光束一分为多，并在传感器多个感光子区域内成像，可以高速、高密度、多区域的获取被测物体距离数据，并且由于曝光像素行数更多，从而提高了计算的精度和冗余度，同时利用单列像素合并算法对图像进行压缩，提高了信噪比，并节约了计算复杂度。另外，由于本方案的子区域可动态调整位置，可以允许一定范围激光器安装误差，当激光器由于碰撞等问题角度发生变化，只需动态调整子区域起始高度，不需要对测量模块进行拆卸和调整安装流程。
实施例2
本发明实施例提供一种面阵式图像传感器41，如图4所示，该面阵式图像传感器41包括感光区域401，所述感光区域划分为一个或多个感光子区域，所述一个或多个感光子区域用于采集一个或多个反射光的光点，并获取所述一个或多个反射光点的位置信息，所述面阵式图像传感器41还用于生成响应信号，发送所述响应信号至光学测距装置，以使所述光学测距装置根据所述响应信号，利用三角法测量所述目标物体至所述光学测距装置的距离，其中，所述响应信号包括所述一个或多个反射光点的位置信息。
本发明实施例中，面阵式图像传感器可以为互补金属氧化物半导体cmos图像传感器或电荷耦合元件ccd图像传感器。
面阵式图像传感器与线性图像传感器相比，前者的每个像素都是正方形，其宽度和高度尺寸都一样(例如3um*3um)，每行的像素数量和行数可以为4:3或16:9(如：每行像素数量：1280个，行数：720行)，而后者每个像素可能是正方形，也可能是矩形(如：32um*4um)，而且其行和列的像素数量分布呈现明显的线性特点，例如(每行像素数量：2048个，行数：4行)。而目前消费级市场上采用的服务机器人(如扫地机器人)采用的光学测距装置，无一例外全部都是用的昂贵的线性图像传感器，没有用廉价的面阵式图像传感器。因为面阵式图像传感器本身会大面积的成像，其设计功能、制造工艺都不具备线性传感器的几大特点：窗口小、数据少、帧率高和低曝光时间下高敏感度。因此，面阵式图像传感器诞生的目的或其使用的初衷不是为了做线性扫描，即，面阵式图像传感器不是为了当做线性传感器来用的。综上，面阵式图像传感器的诸多特性决定了其不是为了高速线性扫描而设计的，如果要把面阵图像传感器的大部分成像面积丢弃，而只用其中一小条，并且高速输出帧率，这就会产生两个问题：第一，极大的浪费了面阵式图像传感器的资源；第二，要高速输出帧率，必须对面阵图像传感器的底层设置进行很多参数调整，确保其能达到高速(1800帧/秒以上)、极短曝光时间(几十微妙)下高敏感度输出的目的，目前，市面上绝大多数的面阵式图像传感器都无法做到这点。因此，对于本领域普通技术人员而言，消费级的高速高敏感度的光学测距装置均普遍采用线性图像传感器，而没有使用面阵式图像传感器。但是在本发明实施例中，创造性地提出了采用廉价的面阵式图像传感器代替线性图像传感器，使用面阵式图像传感器中一个或多个感光子区域采集一个或多个反射光点的技术手段，数据处理速度快，并极大的提高了采样精度及密度，同样实现了只有线性图像传感器才能实现的高速测距效果。带来了以下效果：
一.极大降低了产品成本，提高了产品的竞争优势，带来了商业上的成功。由于线性图像传感器的成本是面阵式图像传感器的数倍，使用面阵式图像传感器代替线性图像传感器的方案，必将极大的降低光学测距装置的成本，有利于产品在消费级市场上的普及，带来了商业上的成功。
二.克服了技术偏见。综上，目前的消费级市场上高速光学测距装置均采用线性图像传感器，而舍弃面阵式图像传感器，显然，由于面阵式图像传感器具备大面积采集，数据处理量大的特点，本领域普通技术人员认为使用面阵式图像传感器在高速光学测距领域而言根本行不通，而本发明实施例提供的方案，创造性地采用了面阵式图像传感器代替线性传感器，并实现了同样的技术效果，恰恰克服了面阵式图像传感器无法应用在高速光学测距领域的技术偏见。
可选地，所述感光区域401划分为一个或多个感光子区域，具体为：所述感光区域划分为一个或多个带状感光子区域，所述感光子区域行数为m行，其中m为大于等于1的正整数；每个感光子区域的起始行、结束行、起始列及结束列可事项配置好，并且，每一感光子区域的高度及位置均动态可调节，只需要在面阵式图像传感器的寄存器中修改相应起始行、行高及列高即可。例如，当光发射器发射光至目标物体，面阵式图像传感器开启曝光之后，面阵式图像传感器首先全局扫描感光面上的每一个像素，在检测到反射光点所在的区域之后，面阵式图像传感器可动态设置感光面上的感光区域(感光区域即包含了所有反射光点的区域，其感光区域大小可动态设置，其面积小于等于感光面的面积)，并设置相应起始行位置及行高、列高，同时将该感光区域划分为多个感光子区域，此后，只需要逐行扫描该感光区域的像素，即可实现快速获取反射光点的位置信息。这样带来的好处是：如果在该光学测距装置生产制造时，由于安装误差，使得反射光点的重心没有落入感光子区域内(如图2b所示)，则可以通过动态调整感光子区域的起始行位置，使得反射光点仍然落在该感光子区域中，从而可以降低对生产工艺的要求。
为了方便本领域普通技术人员理解，每一带状感光子区域可理解为一个线性图像传感器的感光区域，多个带状感光子区域，可理解为多个线性图像传感器感光区域面阵的纵向“叠加”。而当感光子区域的数量为1，且采集反射光点数量也为1时，其成像效果如图2c所示，此情形下，为了方便理解，可理解为该情形是利用面阵式图像传感器来“模拟”线性图像传感器的一种特殊情形。但是，本领域普通技术人员应理解，此处的说明仅仅只是用于方便技术人员更容易理解本发明实施例提供的技术方案，实际产品中，面阵式图像传感器划分为一个或多个带状感光子区域，需要通过复杂的配置、验证及后续的数据处理，并非简单地“模拟”或“叠加”线性图像传感器的感光区域。
可选地，获取所述一个或多个反射光点的位置信息，具体为：在所述一个或多个感光子区域采集所述一个或多个反射光的光点后，获取所述一个或多个反射光点的列位置信息。可选地，获取一个或多个反射光点的列位置信息，具体为：所述面阵式图像传感器获取所述一个或多个反射光点的重心位置的列坐标信息。需要说明的是，重心位置是对区域内有效的坐标进行亮度加权平均后的位置，重心位置不同于中心位置，中心位置则是区域的最小包围框的几何中心。例如，反射光点在一个感光子区域内占据5个像素点，则该反射光点的重心位置即是该5个像素点坐标的亮度加权平均后的位置。之所以需要获取重心位置的列坐标信息，是因为根据三角测量法，在已知光发射器和面阵式图像传感器41相对角度及间距的情况下，可根据列坐标信息测算出目标物体距离光学测距装置的距离。
可选地，一个或多个感光子区域用于采集所述一个或多个反射光的光点，具体为：当所述面阵式图像传感器接收到多束点状光时，所述多个感光子区域用于采集多个反射光点，所述多个反射光点在所述多个感光子区域中呈现类十字状或类矩阵状分布。
可选地，所述面阵式图像传感器还用于进行单列像素合并算法，即，将所述感光子区域中的每一列的若干个像素的灰度值进行均值计算，计算出的结果为m行像素信息压缩为一行或若干行像素信息的结果。使得在垂直视场不变的情况下，数据量为原来的若干分之一，并且将极大提高输出图像的信噪比。如图3所示，在采集得到m行的数据量后，经过该单列像素合并算法，压缩后的数据量仅为原数据量的若干分之一。
可选地，所述面阵式图像传感器41包含多个感光子区域，所述面阵式图像传感器将所述多个感光子区域中其中一个或多个设置为有效感光区域，所述有效感光区域在采集到所述反射光点后产生并输出响应信号，其余则设置为无效感光区域，所述无效感光区域在采集到所述反射光点后不输出响应信号。从而达到降低每帧图像数据处理量，获取高帧率的目的。
本发明实施例中，采用了廉价的面阵式图像传感器，可动态划分多个感光子区域一次性采集多个光点，解决了现有技术中由于采用线性图像传感器实现光学测距带来的成本过高、安装要求高、采样密度低的问题，有效地降低了成本，提高了采样密度，同时提高了对安装误差的容错度。
实施例3
本发明实施例提供了一种光学测距的方法，如图5所示，该方法包括：
s501.光发射器发射光至目标物体；
可选地，光学测距装置可包括分光器，用于将一束发射光分光为一束或多束发射光发射到目标物体上，并产生相应的一束或多束点状反射激光。通过将一个激光点分为多个激光点的方式，可保证光学测距装置同时采集多个反射光点，提高了采集密度。
s502.所述光学测距装置通过面阵式图像传感器接收发射光至所述目标物体后的反射光产生响应信号，所述响应信号包括所述一个或多个反射光点的位置信息，其中，所述面阵式图像传感器包含感光区域，所述面阵式图像传感器将所述感光区域划分为一个或多个感光子区域(感光子区域1、感光子区域2……感光子区域n)，以便所述面阵式图像传感器通过所述一个或多个感光子区域采集一个或多个所述发射光的光点；
面阵式图像传感器与线性图像传感器相比，前者的每个像素都是正方形，其宽度和高度尺寸都一样(例如3um*3um)，每行的像素数量和行数可以为4:3或16:9(如：每行像素数量：1280个，行数：720行)，而后者每个像素可能是正方形，也可能是矩形(如：32um*4um)，而且其行和列的像素数量分布呈现明显的线性特点，例如(每行像素数量：2048个，行数：4行)。而目前消费级市场上采用的服务机器人(如扫地机器人)采用的光学测距装置，无一例外全部都是用的昂贵的线性图像传感器，没有用廉价的面阵式图像传感器。因为面阵式图像传感器本身会大面积的成像，其设计功能、制造工艺都不具备线性传感器的几大特点：窗口小、数据少、帧率高和低曝光时间下高敏感度。因此，面阵式图像传感器诞生的目的或其使用的初衷不是为了做线性扫描，即，面阵式图像传感器不是为了当做线性传感器来用的。综上，面阵式图像传感器的诸多特性决定了其不是为了高速线性扫描而设计的，如果要把面阵图像传感器的大部分成像面积丢弃，而只用其中一小条，并且高速输出帧率，这就会产生两个问题：第一，极大的浪费了面阵式图像传感器的资源；第二，要高速输出帧率，必须对面阵图像传感器的底层设置进行很多参数调整，确保其能达到高速(1800帧/秒以上)、极短曝光时间(几十微妙)下高敏感度输出的目的，目前，市面上绝大多数的面阵式图像传感器都无法做到这点。因此，对于本领域普通技术人员而言，消费级的高速高敏感度的光学测距装置均普遍采用线性图像传感器，而没有使用面阵式图像传感器。但是在本发明实施例中，创造性地提出了采用廉价的面阵式图像传感器代替线性图像传感器，使用面阵式图像传感器中一个或多个感光子区域采集一个或多个反射光点的技术手段，数据处理速度快，并极大的提高了采样精度及密度，同样实现了只有线性图像传感器才能实现的高速测距效果。带来了以下效果：
一.极大降低了产品成本，提高了产品的竞争优势。由于线性图像传感器的成本是面阵式图像传感器的数倍，使用面阵式图像传感器代替线性图像传感器的方案，必将极大的降低光学测距装置的成本，有利于产品在消费级市场上的普及，带来了商业上的成功。
二.克服了技术偏见。综上，目前的消费级市场上高速光学测距装置均采用线性图像传感器，而舍弃面阵式图像传感器，显然，由于面阵式图像传感器具备大面积采集，数据处理量大的特点，本领域普通技术人员认为使用面阵式图像传感器在高速光学测距领域而言根本行不通，而本发明实施例提供的方案，创造性地采用了面阵式图像传感器代替线性传感器，并实现了同样的技术效果，恰恰克服了面阵式图像传感器无法应用在高速光学测距领域的技术偏见。
其中，在所述采集一个或多个反射光的光点后，面阵式图像传感器还可获取所述一个或多个反射光点的列位置信息。可选地，获取一个或多个反射光点的列位置信息，具体为：所述面阵式图像传感器获取所述一个或多个反射光点的重心位置的列坐标信息。需要说明的是，重心位置是对区域内有效的坐标进行亮度加权平均后的位置，重心位置不同于中心位置，中心位置则是区域的最小包围框的几何中心。例如，反射光点在一个感光子区域内占据5个像素点，则该反射光点的重心位置即是该5个像素点坐标的亮度加权平均后的位置。之所以需要获取重心位置的列坐标信息，是因为根据三角测量法，在已知光发射器和面阵式图像传感器相对角度及间距的情况下，可根据列坐标信息测算出目标物体距离光学测距装置的距离。而根据三角测量法，只需要知道列坐标信息即可测算，而无需获取其行坐标信息，因此，感光子区域可以主要在列方向排布，行方向上可以只用一行或很窄的行数。
其中，所述采集所述一个或多个反射光的光点，具体为：当所述光学测距装置发射多束点状光时，所述多个感光子区域采集多个反射光点，所述多个反射光点在所述多个感光子区域中呈现类十字状或类矩阵状分布。
其中，所述方法还包括：光学测距装置将所述感光子区域中的每一列的若干个像素的灰度值进行均值计算，计算出的结果为m行像素信息压缩为一行或若干行像素信息的结果。使得在垂直视场不变的情况下，数据量为原来的若干分之一，并且将极大提高输出图像的信噪比。如图3所示，在采集得到m行的数据量后，经过该单列像素合并算法，压缩后的数据量仅为原数据量的若干分之一。
s503.处理器根据所述一个或多个反射光点的位置信息计算出所述目标物体的距离。
三角法是光学测距领域常用的一种测量方法，该方法如下：通过计算区域的重心位置以及已知的激光发射装置和图像传感器相对角度及间距，可以推算目标距离图像传感器的距离。三角法的基本测量公式为z＝b*f/x；其中b表示激光发射装置和图像传感器间距，f为图像传感器所使用的镜头焦距，x为求得的反射光投影在图像传感器上的列坐标的重心位置，z为测得的距离，从公式上看出，测量距离仅与重心在列方向的位置有关，和行数无关，因此感光面阵可以主要在列方向排布，行方向上可以只用一行或很窄的行数；另外，测量的误差公式为e＝1/(b*f/(n*z)+1),其中，n表示重心提取的误差，可以看出，测量误差e和b,f成反比，和n，z成正比。因此，在b,f和n一定的情况下，需要选择相对长焦的镜头来减小不同距离的误差。
本发明实施例提供的方法，采用廉价的面阵式图像传感器动态划分为一个或多个感光子区域一次性采集一个或多个反射光点，解决了现有光学测距技术中由于采用线性图像传感器实现光学测距带来的成本过高、安装要求高、采样密度低的问题，有效地降低了成本，提高了采样密度，同时提高了对安装误差的容错度。
应理解，在本申请的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本说明书的各个部分均采用递进的方式进行描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点介绍的都是与其他实施例不同之处。尤其，对于装置和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
最后，需要说明的是：以上所述仅为本申请技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。显然，本领域技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。