一种具有同轴测距功能的单目视觉传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种测量技术领域的传感器，具体是一种具有同轴测距功能的单目视觉传感器。
【背景技术】
[0002]视觉传感器是一种利用计算视觉技术来模拟生物视觉功能的传感器，也是目前智能化程度最高的一种传感器。
[0003]视觉传感器可以一次性获取被测目标的众多信息，例如形状、尺寸、颜色、数量、位置、姿态等，是典型的多功能、多参数、智能化传感器。目前视觉传感器已经应用于国民经济各个领域，并且应用范围越来越广，特别是在机器人、先进制造等高科技领域尤为突出。常规的视觉传感器，主要采用一个或者多个成像器件来获取被测目标的有关信息。
[0004]但是目前现有的视觉传感器存在一些明显的问题与不足，特别是对于单目视觉传感器而言，其单个成像元件仅能获得场景的二维图像，因此仅能获得被测目标的二维信息(例如长度、角度、面积、直径、宽度、距离等)，无法获得三维信息。视觉传感器与被测目标的距离值，现有视觉传感器均无法准确直接获得。上述这些问题也是目前绝大部分的视觉传感器的通病。
[0005]目前获得视觉传感器与目标之间距离信息的方法，主要是采用双目立体视觉技术，即采用具有两个摄像元件的视觉传感器。其主要问题，一是距离测量精度较低，无法满足要求；二是两个摄像元件使得传感器体积大、成本高、处理复杂等一系列问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:针对现有单目视觉传感器无法获取传感器与目标之间距离信息的问题，提出一种可以具有同轴测距功能的单目视觉传感器。该方法是在传统的单目视觉传感器的原有测量光路中引入一路同轴光路，将一个测距单元有机集成到单目视觉传感器之中，从而赋予传统单目视觉传感器同轴测距功能。因此，该视觉传感器在获得被测目标二维信息的同时，可以准确获得传感器与被测目标的距离值。
[0007]这种方法巧妙地利用了同轴共光路技术，成功地将单目视觉与激光测距两种方法有机结合起来，极大地扩展了传统单目视觉传感器的性能。同时免去了双目视觉传感器的复杂性与高成本，而且测距精度更高。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明提出一种横向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器，主要包括:成像器件、成像镜组、成像电路、主半反半透镜、滤光片、激光器、副半反半透镜、光电器件、测距电路、接口电路和外壳。成像器件布置在成像镜组后方的焦平面上；主半反半透镜和滤光片与成像镜组同轴，滤光片置于主半反半透镜后方；激光器置于主半反半透镜的一侧，激光器的光轴与成像镜组的光轴垂直；副半反半透镜的光轴与激光器光轴同轴；光电器件位于激光器光轴一侧，光电器件的光轴与激光器的光轴垂直；成像电路、测距电路和接口电路置于外壳内适合位置。
[0009]本发明的单目视觉传感器工作过程如下:被测目标的图像通过主半反半透镜、滤光片和成像透镜后清晰成像到成像器件上，再通过成像电路处理可以获得被测目标的二维数字图像。与此同时，由激光器发出的激光束经过副半反半透镜和主半反半透镜两次反射后投射到被测目标表面，反射光束再次经过主半反半透镜和副半反半透镜后投射到光电器件，再经过测距电路处理后可以获得视觉传感器与被测目标的距离值。得到的二维数字图像信号和距离信号通过接口电路输出。
[0010]本发明的成像器件可以采用常规的各种图像传感器，例如CXD或CMOS器件。
[0011]本发明的成像镜组可以采用常规的各种成像镜组，包括标准焦距镜组、广角镜组、远摄镜组等。为了保证成像质量，要求成像镜组的镜片镀有增透膜。
[0012]本发明的激光器与常规的激光测距传感器所不同的是，该激光器为半导体非可见光(红外或紫外等)激光器，发射非可见激光束(红外激光或紫外激光等)，实现测距功能。因此，本发明的视觉传感器的测距功能对原有视觉传感器功能没有任何影响。
[0013]本发明的主半反半透镜的特殊之处在于:透射率应该大于反射率，以便保证成像质量。本发明的主半反半透镜的透射与反射比例应不低于60:40。本发明的主半反半透镜的尺寸可以大些，并与成像镜组的通光孔径相同，以便保证成像质量。
[0014]本发明的副半反半透镜的特殊之处在于:反射率应该大于透射率，以便保证成像质量。本发明的副半反半透镜的透射与反射比例应不超过40:60。本发明的副半反半透镜的尺寸可以小些，在保证激光束通过的前提下，可节约成本、减小空间占用。但是副半反半透镜的最小尺寸应该保证反射激光束能够顺利通过而不被阻隔。
[0015]本发明的滤光片的特殊之处在于:本发明的滤光片是一种带阻型滤光片，其中心波长就是激光器所发出光束的波长，其带宽应该能够涵盖激光器波长变动在内的一个较窄范围。该滤光片的作用主要是滤除从被测目标表面反射回来的激光束，减小激光束对成像质量的影响。
[0016]本发明的光电器件采用速度快、体积小的光电传感器，光电器件的光谱与激光器的光谱相吻合，是一种红外光电器件。
[0017]本发明的成像电路、测距电路和接口电路可以采用常规嵌入式电路，例如采用FPGA, DSP、CPLD等器件构成。
[0018]本发明提出另一种纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器，主要包括:成像器件、成像镜组、成像电路、主半反半透镜、滤光片、反光镜、激光器、副半反半透镜、光电器件、测距电路、接口电路和外壳。成像器件布置在成像镜组后方的焦平面上；主半反半透镜和滤光片与成像镜组同轴，滤光片置于主半反半透镜后方；反光镜置于主半反半透镜的一侧，光电器件位于成像器件旁侧，其光轴与成像镜组的光轴平行；副半反半透镜的光轴与光电器件的光轴同轴；激光器的光轴与光电器件的光轴垂直；成像电路、测距电路和接口电路置于外壳内适合位置。
[0019]本发明的纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器工作过程如下:被测目标的图像通过主半反半透镜、滤光片和成像透镜后清晰成像到成像器件上，再通过成像电路处理可以获得被测目标的二维数字图像。与此同时，由激光器发出的激光束分别经过副半反半透镜、反射镜和主半反半透镜三次反射后投射到被测目标表面，反射光束再次经过主半反半透镜、反射镜和副半反半透镜后投射到光电器件，再经过测距电路处理后可以获得视觉传感器与被测目标的距离值。得到的二维数字图像信号和距离信号通过接口电路输出。
[0020]与前述的纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器相比，本发明的纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器的主要区别在于:增加了反光镜，将纵向结构视觉传感器的测距有关器件旋转90度，与成像有关器件平行布置，从而达到缩小可横向尺寸，增大了纵向尺寸。这种纵向结构的视觉传感器适合于空间狭小的场合使用。
【附图说明】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0022]图1为本发明的横向结构的单目视觉传感器组成原理示意图；
图2为本发明的纵向结构的单目视觉传感器组成原理示意图；
图中，I为被测目标，2为主半反半透镜，3为滤光片，4为成像镜组，5为成像器件，6为成像电路，7为激光器，8为副半反半透镜，9为光电器件，10为测距电路，11为接口电路，12为外壳，13为反光镜。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0024]本发明提出一种横向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器，主要包括:成像器件5、成像镜组4、成像电路6、主半反半透镜2、滤光片3、激光器7、副半反半透镜8、光电器件9、测距电路10、接口电路11和外壳12。成像器件5布置在成像镜组4后方的焦平面上；主半反半透镜2和滤光片3与成像镜组4同轴，滤光片3置于主半反半透镜2后方；激光器7置于主半反半透镜2的一侧，激光器7的光轴与成像镜组4的光轴垂直；副半反半透镜8的光轴与激光器7的光轴同轴；光电器件9位于激光器7光轴一侧，光电器件9的光轴与激光器7的光轴垂直；成像电路6、测距电路10和接口电路11置于外壳12内适合位置。
[0025]本发明的单