图像深度测量装置及方法与流程

本发明涉及室内自主行走机器人领域，尤其是一种图像深度测量装置及方法。

背景技术：

目前室内自主行走机器人导航和障碍物测量有激光光栅扫描、tof、双目视觉等多种方法。其中激光光栅扫描信息采集速度慢，top方法获取的信息少，双目视觉精度受限于传感器像素量。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供一种图像深度测量装置及方法，其具有制作简单、成本低，有效解决了激光光栅扫描信息采集速度慢成本高，top方法获取的信息少，双目视觉精度不高的弊端。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案一是：一种图像深度测量装置，具有光阀矩阵、红外点光源、具有成像焦平面的成像镜头、具有感光窗的红外探测器、光源驱动器、调制信号源、光阀矩阵扫描驱动器、相位检测器和图像信息处理器，所述调制信号源与光源驱动器连接且光源驱动器与红外点光源连接从而红外点光源通过光源驱动器连接调制信号源形成调制点光源辐射波，所述成像镜头和红外探测器安装在光阀矩阵的两对侧，所述光阀矩阵扫描驱动器分别与光阀矩阵、图像信息处理器相连接，红外探测器与图像信息处理器连接，所述调制信号源、红外探测器分别与相位检测器相连接，相位检测器与图像信息处理器连接。

作为本发明技术方案一的进一步改进，所述成像镜头的成像焦平面调整为落在光阀矩阵上。

作为本发明技术方案一的进一步改进，所述红外探测器的感光窗安装在光阀矩阵的有效光路上。

作为本发明技术方案一的进一步改进，所述红外探测器的感光窗与光阀矩阵的有效面积相匹配。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案二是：一种图像深度测量方法，包括如下步骤：

红外点光源通过光源驱动器连接调制信号源形成调制点光源辐射波；

将红外探测器的感光窗安装在光阀矩阵的有效光路上，并保证红外探测器的感光窗与光阀矩阵的有效面积相匹配；

将成像镜头安装在光阀矩阵相对于红外探测器的另一侧使得成像镜头的成像焦平面落在光阀矩阵上；

将光阀开启态的地址信息通过光阀矩阵扫描驱动器分别送到光阀矩阵和图像信息处理器；

图像信息处理器通过红外探测器和光阀矩阵扫描驱动器的信息即可获得被测物在图像中的平面坐标；

将调制信号源和红外探测器的信号经相位检测器处理得到的相位信息送到图像信息处理器即可获得被测物的深度信息。

作为本发明技术方案二的进一步改进，估算红外探测器的灵敏度i1(lux)和光阀矩阵的关系：设：入射光照度i2(lux)，光阀矩阵的有效面积为d(平方米)，光阀开启态的有效面积为d(平方米)；若忽略光阀矩阵、成像镜头的损耗，则：i1＝i2*(d/d)；据此选择红外点光源的参数和探测距离。

本发明的有益效果是：本发明图像信息处理器通过红外探测器和光阀矩阵扫描驱动器的信息即可获得被测物在图像中的平面坐标，将调制信号源和红外探测器的信号经相位检测器处理得到的相位信息送到图像信息处理器即可获得被测物的深度信息，从而本发明采用测量被测物每一有效像素的相位，获取图像的深度信息，具有制作简单、成本低，有效解决了激光光栅扫描信息采集速度慢成本高，top方法获取的信息少，双目视觉精度不高的弊端。

附图说明

图1为本发明图像深度测量装置的组合图。

图2为本发明图像深度测量装置的光阀开启态的示意图。

对照以上附图，作如下补充说明：

1---光阀矩阵2---感光窗

3---红外点光源4---成像镜头

5---红外探测器6---光源驱动器

7---调制信号源8---光阀矩阵扫描驱动器

9---相位检测器10---图像信息处理器

11---光阀开启态

具体实施方式

请参考图1及图2，一种图像深度测量装置，具有光阀矩阵1、红外点光源3、具有成像焦平面的成像镜头4、具有感光窗2的红外探测器5、光源驱动器6、调制信号源7、光阀矩阵扫描驱动器8、相位检测器9和图像信息处理器10。所述调制信号源7与光源驱动器6连接且光源驱动器6与红外点光源3连接从而红外点光源3通过光源驱动器6连接调制信号源7形成调制点光源辐射波。所述成像镜头4和红外探测器5安装在光阀矩阵1的两对侧，所述光阀矩阵扫描驱动器8分别与光阀矩阵1、图像信息处理器10相连接，红外探测器5与图像信息处理器10连接，所述调制信号源7、红外探测器5分别与相位检测器9相连接，相位检测器9与图像信息处理器10连接。

所述光阀矩阵扫描驱动器8用于采集光阀开启态11的地址信息。光阀开启态11是光阀矩阵1中某一单元的开启状态，用放大镜可以看见的实物。光阀矩阵1由n个可控的光阀单元构成的，例如，在图2中，黑色代表某一光阀单元是开启状态，其他光阀单元是关闭状态。图像信息处理器10通过红外探测器5和光阀矩阵扫描驱动器8的信息即可获得被测物在图像中的平面坐标，将调制信号源7和红外探测器5的信号经相位检测器9处理得到的相位信息送到图像信息处理器10即可获得被测物的深度信息。

所述成像镜头4的具体安装位置是，成像镜头4的成像焦平面调整为落在光阀矩阵1上。

所述红外探测器的具体安装位置是，红外探测器5的感光窗2安装在光阀矩阵1的有效光路上。

所述红外探测器5的感光窗2与光阀矩阵1的有效面积相匹配。

本发明还涉及一种图像深度测量方法，包括如下步骤：

红外点光源3通过光源驱动器6连接调制信号源7形成调制点光源辐射波；

将红外探测器5的感光窗2安装在光阀矩阵1的有效光路上，并保证红外探测器5的感光窗2与光阀矩阵1的有效面积相匹配；

将成像镜头4安装在光阀矩阵1相对于红外探测器5的另一侧使得成像镜头4的成像焦平面落在光阀矩阵1上；

将光阀开启态11的地址信息通过光阀矩阵扫描驱动器8分别送到光阀矩阵1和图像信息处理器10；

图像信息处理器10通过红外探测器5和光阀矩阵扫描驱动器8的信息即可获得被测物在图像中的平面坐标；

将调制信号源7和红外探测器5的信号经相位检测器9处理得到的相位信息送到图像信息处理器10即可获得被测物的深度信息。

估算红外探测器(5)的灵敏度i1(lux)和光阀矩阵(1)的关系：设：入射光照度i2(lux)，光阀矩阵(1)的有效面积为d(平方米)，光阀开启态(11)的有效面积为d(平方米)；若忽略光阀矩阵(1)、成像镜头(4)的损耗，则：i1＝i2*(d/d)；据此选择红外点光源(3)的参数和探测距离。

本发明采用测量被测物每一有效像素的相位，获取图像的深度信息，具有制作简单、成本低，有效解决了激光光栅扫描信息采集速度慢成本高，top方法获取的信息少，双目视觉精度不高的弊端。

技术特征：

技术总结
一种图像深度测量装置，具有光阀矩阵、红外点光源、具有成像焦平面的成像镜头、具有感光窗的红外探测器、光源驱动器、调制信号源、光阀矩阵扫描驱动器、相位检测器和图像信息处理器。所述调制信号源与光源驱动器连接且光源驱动器与红外点光源连接，所述成像镜头和红外探测器安装在光阀矩阵的两对侧，所述光阀矩阵扫描驱动器分别与光阀矩阵、图像信息处理器相连接，红外探测器与图像信息处理器连接，所述调制信号源、红外探测器分别与相位检测器相连接，相位检测器与图像信息处理器连接。本发明有效解决了激光光栅扫描信息采集速度慢成本高，TOP方法获取的信息少，双目视觉精度不高的弊端。

技术研发人员：宋育刚
受保护的技术使用者：苏州穿山甲机器人股份有限公司
技术研发日：2018.07.30
技术公布日：2019.01.04