[發明專利]結構光測距裝置及方法

在審

• 申請號: 201810161821.1
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108345002A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 王敏捷;梁雨時
• 申請（專利權）人: 上海圖漾信息科技有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/481
• 代理公司: 北京展翼知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11452
• 代理人: 張陽

本發明公開了一種結構光測距裝置和方法。裝置包括：向被測空間投射結構光的光源；與光源之間具有預定的相對空間位置關系并且包括圖像傳感器和成像視場角調整組件的成像單元，被被測空間內障礙物反射的結構光經由成像視場角調整組件在圖像傳感器上成像，其中成像視場角調整組件被設置為壓縮成像單元在特定方向上的成像視場角；以及連接至成像單元的處理器，處理器根據相對空間位置關系和成像視場角調整組件的調整參數，從障礙物在圖像傳感器上的成像中求取障礙物的深度距離。由此，能夠通過在成像鏡頭中并入特定方向上的視場角壓縮功能來增大條狀或線形光的成像線寬，從而為線形光定位提供更多的信息，改善測量精度并提供抗擾動能力。

技術領域

本發明涉及結構光測距，尤其涉及一種利用結構光來測量目標距離的裝置和方法。

背景技術

為了四處行進或者在預備信息不足的地方執行作業，保潔機器人或自移動機器人需要具有自主規劃路徑，檢測障礙物并避免碰撞的能力。為此，測量到障礙物的距離以估算位置是自移動機器人應該具備的基本能力。此外，在例如安保系統的入侵感測系統中，測量到目標物的距離的能力也是必需的。

業已使用了各種方法來進行上述距離測量。在其中，利用結構光和成像裝置(例如，相機)進行測距的方法非常有效。該方法所需計算量較小并能用于亮度較小的場所(例如，陰暗室內)。

根據該方法，如圖1所示，利用光源10主動將結構光(例如，線形光)照射到障礙物30上，并且利用諸如相機的傳感器20獲得反射光的圖像。然后，可以根據三角法測量法從圖2A中的圖像高度來計算光發射位置與障礙物30之間的距離。圖2B-D進一步示出了發光位置到障礙物之間距離對成像的影響。對于圖案較為簡單的結構光(例如，線形光)，由于其在圖像傳感器上的成像通常只有幾個像素的寬度，使得難以準確定位線寬中心，也容易受到例如成像噪點等擾動的影響。

此外，出于成本的考慮，優選結構更為簡單緊湊的測距系統。

因此，需要一種能夠解決上述至少一個問題的結構光測距裝置以及相應的方法。

發明內容

為了解決上述至少一個問題，本發明提供了一種結構光測距系統和方法，能夠通過在成像鏡頭中并入特定方向上的視場角壓縮功能來增大條狀或線形光的成像線寬，從而為線形光定位提供更多的信息，改善測量精度并提供抗擾動能力。

根據本發明的一個方面，提供了一種結構光測距裝置，包括：向被測空間投射結構光的光源；以及與所述光源之間具有預定的相對空間位置關系并且包括圖像傳感器和成像視場角調整組件的成像單元，被所述被測空間內障礙物反射的結構光經由所述成像視場角調整組件在所述圖像傳感器上成像，其中所述成像視場角調整組件被設置為壓縮所述成像單元在特定方向上的成像視場角；以及連接至所述成像單元的處理器，所述處理器根據所述相對空間位置關系和所述成像視場角調整組件的調整參數，從所述障礙物在所述圖像傳感器上的成像中求取所述障礙物的深度距離。

由此，通過壓縮特定方向上的成像視場角，加強對該特定方向上的有效信息的獲取，由此克服窄型結構光(例如，線形光)在其窄向上定位信息不足且易受干擾影響的固有缺陷，并從整體上提升測距精度。

成像視場角調整組件涵蓋了傳統光學鏡頭的成像功能。成像視場角調整組件可以包括光學透鏡，例如，由一組經合理設計的光學透鏡組成。優選地，成像視場角調整組件可由在光路上依次排序的一個凹透鏡和四個凸透鏡組成。更優選地，這四個凸透鏡可以在光路上依次排序為一個彎月形凸透鏡、兩個平凸透鏡和一個彎月形凸透鏡。由此，通過光學透鏡的合理組合，同時實現傳統成像和壓縮特定方向視場角這兩種功能。

進一步地，成像視場角調整組件還可以具有成像比例調整功能，例如增大所述被測空間遠端的障礙物的反射光在所述圖像傳感器上的成像比例。

圖像傳感器和成像視場角調整組件之間還可以布置有濾光片，以便濾除結構光之外的其他波段光對成像的不利影響。