[發(fā)明專利]一種基于普通攝像頭芯片的低成本激光測距方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610011419.6
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105717513B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖鴻宇;孫放;周煦潼;明安龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京雷動云合智能技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01S17/48
• 分類號: G01S17/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種基于普通攝像頭芯片的低成本激光測距裝置及方法，該激光測距裝置包括激光發(fā)射器、成像透鏡組、普通攝像頭芯片及圖像處理單元；激光發(fā)射器的發(fā)射方向與普通攝像頭芯片所在平面成某一角度設(shè)置；激光發(fā)射器到普通攝像頭芯片中心的距離為一特定值；激光束照射到待測目標(biāo)物體表面，發(fā)生漫反射，反射的光斑與當(dāng)前視場角內(nèi)的物體經(jīng)成像透鏡組共同成像于普通攝像頭芯片上，經(jīng)過圖像處理單元接收光斑，計算出待測距離。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，用戶成本低；測距方式快速、靈敏，在通信、航空、智能家居等測距領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光測距方法，尤其涉及一種基于普通攝像頭芯片的低成本激光測距方法。

背景技術(shù)

激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等特征，能大大提高測量精確度，被廣泛應(yīng)用在測距裝置上。激光測距方法具有原理簡單、測量速度快、測程遠(yuǎn)的特點，目前，許多室內(nèi)機器人系統(tǒng)，使用激光測距裝置作為主要傳感器，用來畫地圖、定位和避障。

傳統(tǒng)的激光測距方法包括脈沖法、相位法及三角測量法，脈沖法測量精度較低，相位法每次測距需要的穩(wěn)定時間較長，三角測距法具有較好的應(yīng)用效果生產(chǎn)成本低，是目前研究的熱點。假設(shè)激光發(fā)射到目標(biāo)物體上，在目標(biāo)物體上形成的光斑比較固定，那么在普通攝像頭芯片上成像時，在不同的距離成像的激光斑質(zhì)心所在的位置也不同。通過圖像算法檢測出來激光斑在拍攝圖像中的位置不同，求出光斑質(zhì)心位置，按照本發(fā)明推導(dǎo)的公式可以求出物體距離。同時，本發(fā)明也提出了，前方物體距離不同所拍攝到的光斑大小也不同：在近距離，成像的光斑大，光斑直徑可能為幾十個像素點；在遠(yuǎn)距離，例如5米處，成像的光斑小，光斑直徑可能只有幾個像素點。記錄這個不同光斑大小的特點，可以對所求取的距離值進行自糾錯，對于錯誤的測距幀可以舍棄。同時，如附圖3所示，理論上最近測距距離是G點，但由于激光不是一個像素點，而是一片光斑，所以最近測距在I點；同樣的，H點以內(nèi)的距離都不能拍照到比較完整的圖像光斑。對于這些不完整光斑的圖像，提前記錄下其圖像計算質(zhì)心和實際質(zhì)心的不同位置對應(yīng)關(guān)系，可以用來表述到超出理論值的近距離測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述技術(shù)存在的缺陷，提供了一種基于普通攝像頭芯片的低成本激光測距方法，本發(fā)明的測距裝置結(jié)構(gòu)簡單，用戶成本低；測距方法快速、靈敏，在通信、航空、智能家居等測距領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價值。

一種基于普通攝像頭芯片的低成本激光測距方法，特征在于，包括如下步驟：

1)將激光發(fā)射器的發(fā)射方向與普通攝像頭芯片所在平面所成角度的范圍設(shè)置為81°～86°，將激光發(fā)射器到普通攝像頭芯片中心的距離范圍設(shè)置為3cm～9cm；激光發(fā)射器發(fā)出點狀激光照射到待測目標(biāo)物體表面，發(fā)生漫反射，反射的光斑與當(dāng)前視場角內(nèi)的物體經(jīng)成像透鏡組共同成像于普通攝像頭芯片上，實現(xiàn)光信號轉(zhuǎn)換為電信號；

2)普通攝像頭芯片把一幀數(shù)字圖像數(shù)據(jù)傳輸給圖像處理單元，該幀圖像記錄了當(dāng)前時間鏡頭視場角內(nèi)的數(shù)字化了的圖像數(shù)據(jù)；

3)對該幀光斑圖像進行處理，首先用數(shù)字算法消除圖像畸變，而后根據(jù)激光的顏色以及亮度進行平滑，最后進行二值化；

4)對該光斑求取質(zhì)心，將所有二值化后判定為高的坐標(biāo)點，全部坐標(biāo)點加起來進行平均，最后可以得到一個(X，Y)的坐標(biāo)值，這個坐標(biāo)值就是質(zhì)心點所在位置，質(zhì)心坐標(biāo)Y對應(yīng)從成像照片最下方開始數(shù)第n個點；

5)已知激光發(fā)射器到普通攝像頭芯片鏡頭組的距離p和鏡頭組的視場角2α，帶入公式計算出待測距離d₁，其中，n為上述圖像中的光斑質(zhì)心坐標(biāo)Y對應(yīng)的點數(shù)，y為普通攝像頭芯片成像的總的Y軸點數(shù)；

所述的步驟3)中還包括光斑圖像的自校準(zhǔn)步驟：假設(shè)激光在目標(biāo)物體上形成的光斑比較固定，那么在普通攝像頭芯片上成像時，在不同的距離成像的光斑圖像的大小也不同，記錄下在不同距離的光斑大小特性和距離的關(guān)系作為自校準(zhǔn)指標(biāo)，排除掉錯誤測距。