测距设备制造技术

一种测距设备，所述测距设备包括：利用所投射的二维光斑阵列照射景象的照射装置，检测光斑在景象内的位置的检测器，以及适合根据检测到的光斑在景象内的位置确定到该光斑的距离的处理器。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种测距设备，特别涉及一种成像测距设备。成像测距系统通常对一个景象进行照射，使从该景象反射的光成像，以确定距离信息。一种已知的系统称为三角测量系统，其使用光源而利用光束对景象进行照射，使得在景象内出现一个光斑。检测器以预定方式相对于光源定位成使得光斑在景象内的位置揭示距离信息。光束可以在方向和高度上对景象进行扫描，以产生整个景象的距离信息。在一些系统中，光束可以是线光束从而可以同时采集到一维的距离信息，并且使该线光束在垂直方向扫描，就可以得到另一维的距离信息。诸如这样的系统需要扫描，这就增加了费用和复杂性，也意味着要对快速变化的景象进行精确的测距是不可能的。此外，在已知的三角测量系统中的照射通常需要激光系统。使用激光系统可能具有安全性的意义，但可能需要复杂而较不经济的扫描机构。激光器也是较高的功率源。US 6,154,279揭示了一种确定埋头螺孔形状的方法和设备。至少一个激光器将激光指向具有孔的表面从而生成光斑，而这个光斑相对于平坦表面的基准图像的侧向位移用来给出深度信息。在一个实施例中，激光器可以投射多个光斑，从而可以对一个图像内的许多光斑进行分析。然而，如在US 6,154,279中所揭示的这种方法只适合于查看在一个已知的有限景深内的连续表面，并且要求被观察表面的模型正确起作用。因此，它不适合根据包括分布在大景深上的离散目标的景象提供距离信息。US 4,294,544揭示了一种从景象得到三维地形数据的系统。利用多个激光光束对景象进行照射，这些激光光束按预定的顺序打开和关闭，使得在景象内检测到的每个光斑都可以用一个投射光束进行标识。成像器配置成观察利用每个不同的光斑图案照射的景象，一旦已经标识了光斑，就可以确定到这个光斑的距离。然而，这种方法涉及几个投影阶段，而且使用激光器和比较复杂的快门机构来投射不同的图案。这些投影阶段也需要花费时间，因此与扫描系统类似，所揭示的这种设备不适合用于变化比较快的景象。US 4,867,570揭示了一种通过将多个图案光束投射到物体上来得到这个物体的三维信息的方法和设备。光源配置在具有多个窗口的掩模后。透镜将这个光源的通过掩模所看到的图像投射到要成像的物体上，而另一个放大率相同的透镜配置在同一个平面内，其光轴与第一透镜的光轴平行，该透镜使景象在CCD阵列上成像。景象内这些光斑的位置给出了到该光斑的距离，虽然用来计算距离的方法并不清楚。然而，这种投影系统的景深有一定限制，这是因为使用使受照射的掩模成像的透镜和投射装置不会有宽的投射角。因此，该专利技术所揭示的只适用于对一个窄的作用范围内的有限视场成像。在美国专利6,377,353中揭示了另一种测距系统。其中，将光源配置在其中具有孔径阵列的图案式滑片前。为了将光斑阵列投射到景象上，来自光源的光必须通过孔径。在这种设备内的距离信息是通过分析所形成的光斑的大小和形状而确定的。然而，这种系统要求光斑的大小和其取向是可确定的，而这需要在光斑的大小上有合理的差别。因此，这种系统必然具有有限的观察深度，所以实际上只能用于对连续表面的测距。因此，本专利技术的一个目的是提供一种能减轻上述缺点中的至少一些缺点和可用于大景深和其中分布有离散物体的景象的测距设备。因此，按照本专利技术，提供了一种测距设备，这种测距设备包括利用二维光斑阵列照射景象的照射装置，检测光斑在景象内的位置的检测器，以及适合根据检测到的光斑在景象内的位置确定到该光斑的距离的处理器。照射装置利用光斑阵列照射景象。检测器然后查看该景象，而处理器确定光斑在被测景象内的位置。阵列内任何光斑的视在位置将由于视差而随距离改变。由于检测器与照射装置的关系是已知的，因此阵列内任何已知光斑在景象内的位置可以得出到该光斑的距离。当然，为了能计算出到光斑的距离，必须知道正在处理的是阵列内的哪个光斑。在现有技术的单光斑系统内，在景象内只有一个光斑，因此没有困难。即使是使用线光束，光束也投射成与一个方向、例如y方向平行。于是，对于在y方向上的每个值，景象内的实际x位置就可以用来确定距离。然而，如果所使用的是二维光斑阵列，则光斑沿x和y两个方向分布。技术人员因此不倾向于使用二维光斑阵列，因为他们会想这意味着测距系统不能确定分辨各个光斑从而不能执行测距，或者会得出可能有差错的结果，如果所考虑的是错误的光斑的话。然而，本专利技术确实可以使用二维光斑阵列来同时对两维的景象进行测距，并且使用了各种技术来避免光斑确定时的模糊。US 4,294,544建议使用光斑阵列，但建议以预定方式将这些光斑打开和关闭，使得每个光斑可以通过确定它在哪些帧中出现而唯一地标识。然而，这需要比较复杂的照射系统，而且还需要摄取几个帧的景象，从而增加了获得距离信息所需的时间。如果所投射的阵列包括N列光斑，那么US 4,294,544的方法就需要获取I＝1+log2N个图像。US 6,154,279还建议投射光斑阵列，但只用于模糊不会是问题的景深很有限的测距这种非常受控的情况，而且仅仅用于可以由测距设备建模的已知连续表面。US 4,867,570还建议投射光斑阵列用来测定距离，但没有指出怎样确定距离信息和怎样可以解决景象内的模糊。本文中所谓的光斑阵列是指任何投射到景象上的具有明显的强度区域的阵列。通常，一个光斑是任何的高强度辐射的明显区域，而且如稍后要说明的那样可以有特定的形状。然而，只要可以识别不同的光斑，就可以将这些高强度的区域链接起来。例如，照射装置可以将交线阵列投射到景象上。线的交点是可以识别的明显的点，而且当作用于本说明书目的的光斑。照射装置和检测器可以方便地配置成使得所投射的阵列内的每个光斑在被测景象内呈现为从一个距离到另一个距离沿一个轴运动，而投射阵列内的每个相邻光斑的视在运动的轴是不同的。如稍后要说明的那样，阵列内的每个光斑根据到目标的距离出现在景象内的不同点处。如果设想一个平的目标缓慢地远离检测器运动，则每个光斑看起来就横贯景象移动。这种移动在调整得很好的用于某些用途的系统内将沿着与连接检测器和照射装置的轴平行的方向，假设没有反光镜等放置在检测器或照射装置的光路中。然而，每个光斑将在景象内垂直于这个轴的方向上保持相同的位置。对于照射装置和检测器的不同配置而言，移动会呈现为沿着大体会聚的线。因此可以说，每个投射光斑在景象内具有与在系统的作用范围内不同距离上各个可能位置相应的轨线，也就是说视在移动的轨线会是可能出现光斑的视在移动的轴的部分，如在建立这个设备时所规定的。光斑在被测景象内的实际位置产生了距离信息。如果一个光斑在不同的距离处的视在移动方向恰巧与另一个光斑的相同，与投射阵列内不同光斑相应的轨线就可能交叠。在这种情况下，处理器将不能确定正在考虑的是投射阵列内的哪个光斑。如果在投影阵列内相邻的光斑的轨线交叠，特定的光斑在景象内的位置的测量可能与若干不同距离中的任何距离相应，而这些可能距离之间只有很小的间隔。例如，设想光斑阵列是一个呈x-y正方网格形式的二维光斑阵列，而检测器与照射装置只是沿着x轴分开。使用笛卡尔坐标标识投影阵列内的光斑，其中(0，0)为中央光斑而(1，0)为沿x轴的一个光斑，在一个距离处的投影阵列内位置(0，0)处的光斑在景象内的位置可能与在稍有不同的距离处的投影光斑(1，0)的位置相同，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·莱温，D·A·奥尔查德，S·C·伍兹，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：