一种散焦聚距离测定方法技术

本发明专利技术涉及了一种散焦聚距离测定方法，尤指一种利用影像处理的方法作广角度的物体距离测定，即利用一对某一特定距离为焦距的镜头，所取得实际景物的模糊影像后，再利用不同的反函数（散焦函数的反函数）的卷积换算，并比较其计算后的清晰效果后，估计影像中各点与镜头间的距离，提供各种距离测量的应用，利用此简单且快速的距离数据，可完全改变现有各种距离测定的方法，解决现有技术的缺点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤指一种利用影像处理的方法作广角度的物体距离测定的方法。距离测定常使用在行车安全距离的侦测及现在流行的倒车防撞警示(即俗称的倒车雷达)，以及各先进国家积极研究的自动驾驶等，最常使用的方法不外乎是红外线、超音波、雷达波等，距离测量的方法是由测定器的发射装置发射一主动波(红外线、超音波或无线电波等)，使主动波碰到物体而产生反射(形成反射波)，测定器本身设有一接收装置(接收器)接收反射波，通过计算由发射主动波到接收装置收到反射波的时间差或能量差换算出物体的距离，此种利用反射波求取距离的测定方法，普遍都存在若干缺点1、即使是使用阵列式接收器也只能测定距离，难以判断方位，如附图说明图1所示，当物体出现在A位置时，可依S1、S2侦测器测得的距离，判定A的水平位置，但如果是B、C各有一物体的情况时，恐怕其测定结果也会误以为是在A位置的物体。2、上述只考虑水平位置且仅两个物体而已，如再考虑垂直方向且有更多的物体时，将更难以判断方位。3、上述采用广角度的发射装置，期盼能有较大的侦测角度，但如图2所示，距离超过R1时就会由地面产生反射波(D)的干扰，因此，距离超过R1的物体便无法测定。为解决上述问题，可使用窄角度的发射器(如雷射)，然而其侦测角度相对很小，除非采取扫描方式才能作宽角度侦测，但成本不仅高而且速度慢。针对现有技术所存在的缺点，本专利技术的目的是通过对测量技术的研究，专利技术，尤指一种利用影像处理的方法作广角度的物体距离测定的方法。为了达到上述目的，本专利技术是通过，其特征在于使用特定焦距的镜头，取得影象后使用影像处理技术，将其画面划分为若干区块，并利用各区块因物体距离不同而散焦情形的差异与原先预设于记忆中每一距离所对应的散焦值做比较，估计其距离值，可准确的获得以镜头为圆心的各区块距离。利用特定焦距的镜头，取得影像后利用物体距离不同散焦情形的差异，与原先预设于记忆体每一距离所对应的散焦值做比较，可估计其距离，而影像中各距离的散焦函数，可转换成反函数，将影像各区块和各反函数作卷积或先作复利叶(FT)转换，转换成频域相乘的结果，最清晰的，其反函数对应的距离，便为该区域物体的距离。清晰度的对比方式，可比较高频成份所占的比例，同一区块与反函数的乘积高频成份比例最高的，影像最清晰。使用一短焦中镜头，即远、近的物体清晰度差异不大的镜头，在其镜片一侧面再镶上一柱状的镜片，也就是曲面只有一元(垂直线上或水平线上)，另一元(水平线上或垂直线上)为无曲率的镜片，使散焦情形变化只发生在一元，另一元不因距离不同有散焦的变化，将影像的二元计算转成一元换算。通过本专利技术，为距离量测者提供了，可利用简单的摄像技术取得影像后，再经过简单的公式换算，便可求出其相对距离，解决了通常距离量测上的缺失。下面结合附图示及具体实施方法，对本专利技术作进一步详细说明。图1为通常的阵列式接收器示意图；图2为通常的倒车雷达波示意图；图3为一般的镜头摄影示意图；图4为球座标示意图；图5为本专利技术使用的柱状镜片示意图；图6为使用柱状镜片的镜头示意图(俯视)；图7为使用柱状镜片的镜头示意图(侧视)。图号说明PH1、PH3；镜头 PH11、PH12；镜片1；柱状镜片 11；曲面S1、S2；侦测器 A、B、C；物体的位置D；反射波R1；距离OB1；被射物 D11；距离CCD；影象记录器如图3所示，是一般CCD摄影机取影示意图，在摄影过程中镜头PH1需利用镜片PH11、PH12对焦，以产生清晰的影像，即当被摄物OB1与镜头的距离为DI1时，物体显像最清晰，假如不在DI1距离时，被摄物体便无法聚焦在影像记录器(CCD)上，从而产生散焦模糊现象，在影像处理的技术上若能得知散焦情形所相当的函数，应用反函数计算可使影像回覆清晰，散焦情况随物体的距离不同而不同，我们以下例方程式表示dd(r，c)＝hd(r，c)*i(r，c)含义是散焦影像等于清晰影像和散焦系统函数的卷积。dd(r，c)为距离不是d时产生的散焦物像，即实际拍摄得的模糊影像；i(r，c)为理想清晰的物像；hd(r，c)为不同距离d的空间散焦函数；r为空间的列指标；c为空间的行指标；复利叶(FT、Fouries transform)转换后Dd(u，v)＝Hd(u，v)·I(u，v)I(u，v)＝1/Hd(u，v)·D(u，v)Dd(u，v)为dd(r，c)的复利叶转换式；Id(u，v)为id(r，c)的复利叶转换式；H(u，v)为h(r，c)的复利叶转换式；U为频域的列指标；V为频域的行指标由上述方程式可知，散焦的物像若能找到一合适的回覆回函数1/Hd(u，v)，并与摄影机(CCD)的成像相乘，便能使影像由散焦的模糊现像，获得改善，使影像回复理想的清晰；因此我们可事前由计算或实验求得，对某特定的镜头，对应不同距离产生散焦所对应的反函数1/H(di)，每一di代表一距离，当不同的di对应每一点代入计算的结果中，清晰度最佳，便推测该点距离为di。如果我们将画面划分成若干区块，并对每一区块都以各不同距离的反函数1/H(di)相乘，可算出某一特定函数1/H(di)的乘积的影最清晰，其对应的di便可推定为该区块的物体与镜头的距离di，如此可得画面中每一区块(r，c)对应的距离di(r，c)。影像记录器(CCD)上每一区块位置，又可对应为来自镜头前的不同的方位及角度，如此每一区块可角度(i，θi)表示； (i表示水平角度，θi表示垂直角度)，有了距离di便可定义出每一区块以镜头为圆心在球座标系上的座标了，若有需要可以经过座标变换得到如图4所示的直角座的位置(Xi，Yi，Zi)。如何判定画面清晰度呢？我们可以比较单一区块与各不同的加覆函数乘积中高频成份的多寡，计算反函数1/H(di)求距离时(我们已作过复利叶(FT)换算)，是在频域上实施，并不需要额外的复利叶(FT)转换，通常高频代表画面细节的部份，高频成份越多，表示画面清晰度高。在计算影像处理的式子中，通常都是以二元函数计算，如下面的方程式 由上可知二元函数的计算量非常惊人，在即时性的计算上负荷量很大，反观一元函数就显得容易的多，因此我们也作一些改进；首先我们使用一正常的短焦距镜头(PH3)，即远、近的物体清晰度差异不大的镜头，在镜头(PH3)一侧镶上一柱状的镜片(1)，柱状镜片(1)曲面(11)只有一元(垂直或水平线上)，另一元(水平或垂直线上)无曲率，如此，不同距离的不同散焦情形只会发生在垂直(或水平)线上(如图4、图5、图6及图7所示)，故其一元复利叶换式公式简化为d(r，c)＝hd(r，c)*i(r，c)D(r，c)＝Hd(r，v)·I(r，v)I(r，v)＝1/Hd(r，v)·D(r，v)c为空间上的行指标 v为频域上的行指标r为空间上的列指标通过上述公式可将复利叶(FT)转换变成一元，反函数、清晰度判别都只需一元的计算，换句话说，原本为N*N次方的计算缩减为N次计算，大幅缩减演算的速度。综上所述，本专利技术可利用特制的镜头，取得影像后利用简单的影像处理，将其划分为若干区块，并对其区块进行散焦情况的对比，由对比结果与预先求得的值比较求出距离值(各项计算可由电脑程序自动处理)，便可准确的获得以镜头圆心的各点距离的估计值。权利要求1.，其特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种散焦聚距离测定方法，其特征在于：使用特定焦距的镜头，取得影象后使用影像处理技术，将其画面划分为若干区块，并利用各区块因物体距离不同而散焦情形的差异与原先预设于记忆中每一距离所对应的散焦值做比较，估计其距离值，可准确的获得以镜头为圆心的各区块距离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锡勋，
申请(专利权)人：怡利电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]