光学测距装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测距装置及方法，特别涉及一种光学测距装置及方法。
【背景技术】
[0002]现有的光学测距方法，分为直接方法和相位测距，直接方法即测量光往返目标所需要时间，然后通过光速和大气折射率计算出距离，相位测距即测出发射和接收光波的相位差得到目标的距离。由于直接测量方法中的测量光往返目标所需要时间的测定对计时器的精度要求很高，所以常用的光学测距方法是相位测距。在现有的光学测距方法中，测定目标物与出射光一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离；另一方面，现有光学测距方法对环境的依赖性较高，如，若被测目标表面漫反射过于严重，则无法接收返回信号；若被测目标物体表面形状凹凸不平时，也可能会导致测量光线无法返回接收器从而造成无法测距的结果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种光学测距装置及方法，以实现简便、快捷且精度适宜的测距。
[0004]实现本发明目的的技术方案是:
一种光学测距装置，包括光源，该光源对被测距物体表面提供光线；
光格栅，光线透过光格栅射向被测距物体；
以及摄像头，该摄像头获取投影在被测距物体上的光斑图像；
光格栅位于光源前方，摄像头置于光源侧面的任何位置并朝向被测物体。
[0005]所述光源、光格栅、摄像头三者位置相对固定，这样投射出来的光和摄像头获取的光斑图像才能保持一致性，以方便测量。
[0006]所述光格栅上均匀分布有圆形通孔，这样可以最大限度克服被测距物体表面不平整导致测距失误的问题。光格栅上圆形通孔的数量和分布没有限制，最好使用密集均匀分布有圆形通孔的格栅。
[0007]所述光源为普通光源，可用白炽灯、LED灯等人造光源。
[0008]本发明的另一目的，提供一种光学测距方法，应用上述测量装置，首先固定好光源、光格栅和摄像头，将基准测距物体设置在距离光源已知的a处，基准测距物体与光源、光格栅和摄像头在同一固定轴线上，打开光源，通过摄像头获取基准测距物体表面光斑的最大长度为X像素，假设光线的发散角为W，通过等式tan (W) =a/x,可计算出发散角W的值；然后测量被测距物体的距离，被测距物体与光源、光格栅和摄像头在同一固定轴线上，通过同一个摄像头获取被测距物体表面光斑最大长度为y像素，假设被测距物体与光源的距离为b,可由光源发散角W的三角函数得出tan(W)=a/x=b/y,贝U可计算出b=a/xXy,得出被测距物体与光源的最小距离。
[0009]本发明的原理是:发光源的光线透过光格栅照向被测距物体，被测距物体的迎光面会出现一定大小的光斑，光斑的大小与距离成正比，此时使用摄像头获取被测距物体迎光面的光斑图像，获得光斑图像最大长度后，可依据事先测定的发散角计算出被测距物体与光源的最小距离。
[0010]本发明方法只需被测距物体表面能正常形成光斑并被摄像头捕获到，即可完成测距。这样可以避免测距目标物与出射光的角度要求问题和反射光接收问题，更无需使用高精度的计时器装置、昂贵的激光发射器和复杂的测距装置，由此可以大大降低测距仪的制造难度与制造成本。
[0011]本发明的优点是:结构简单，造价低廉。可应用在生产线上测定产品在操作台上的位置，遥控飞行器在狭窄空间内飞行时测定飞行器与墙壁的距离，测定低于音速移动物体的距离(比如体感游戏)等场合。
【附图说明】
[0012]图1为实施例光学测距装置的结构示意图；
图2为实施例光学测距装置的参数示意图；
图3为图1中光格栅的截面意图；
图4为图1中基准测距物体的迎光面示意图；
图5为图1中被测距物体的迎光面示意图。
[0013]图中，1.光源2.光线3.光格栅4.圆形通孔5.基准测距物体6.被测距物体7.基准测距物体迎光面的光斑8.被测距物体迎光面的光斑9.摄像头。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本
【发明内容】
作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
[0015]实施例
参照图1-5，一种光学测距装置，包括光源1，该光源I对被测距物体6表面提供光线2 ；还包括光格栅3，光线2透过光格栅3射向被测距物体6 ；以及摄像头9，该摄像头9获取投影在被测距物体6上的光斑8 ;光格栅3位于光源I前方，摄像头9置于光源侧面的任何位置并朝向被测物体。
[0016]所述光源1、光格栅3、摄像头9三者的位置相对固定，这样投射出来的光和摄像头9获取的光斑图像才能保持一致性，以方便测量。
[0017]所述光格栅3为圆形，其上均匀分布有圆形通孔4，这样可以最大限度克服被测距物体6表面不平整导致测距失误的问题。光格栅3上圆形通孔4的数量和分布没有限制，最好使用密集均匀分布有圆形通孔4的格栅。
[0018]所述光源I为普通光源，可用白炽灯、LED灯等人造光源。
[0019]本发明的另一目的，提供一种光学测距方法，应用上述测量装置，首先固定好光源
1、光格栅3和摄像头9，将基准测距物体5设置在距离光源I已知的a处，基准测距物体5与光源1、光格栅3和摄像头9在同一固定轴线上，打开光源1，通过摄像头9获取基准测距物体5表面光斑7的最大长度为X像素，假设光线2的发散角为W，通过等式tan (W) =a/x，可计算出发散角W的值；然后测量被测距物体6的距离，被测距物体6与光源1、光格栅3和摄像头9在同一固定轴线上，通过同一个摄像头9获取被测距物体6表面光斑8最大长度为I像素，假设被测距物体6与光源I的距离为b，可由光源I发散角W的三角函数得出tan(W)=a/x=b/y，则可计算出b=a/xXy，得出被测距物体6与光源I的最小距离。
【主权项】
1.一种光学测距装置，其特征在于: 包括光源，该光源对被测距物体表面提供光线； 光格栅，其上均匀分布有圆形通孔，光线透过光格栅射向被测距物体，; 以及摄像头，该摄像头获取投影在被测距物体上的光斑图像； 光格栅位于光源前方，摄像头置于光源侧面的任何位置并朝向被测物体。
2.应用权利要求1所述装置的光学测距方法，其特征在于:固定好光源、光格栅和摄像头，将基准测距物体设置在距离光源已知的a处，基准测距物体与光源、光格栅和摄像头在同一固定轴线上，打开光源，通过摄像头获取基准测距物体表面光斑的最大长度为X像素，假设光线的发散角为W，通过等式tan (W) =a/x，计算出发散角W的值；然后测量被测距物体的距离，被测距物体与光源、光格栅和摄像头在同一固定轴线上，通过同一个摄像头获取被测距物体表面光斑最大长度为I像素，假设被测距物体与光源的距离为b，可由光源发散角W的三角函数得出tan(W)=a/x=b/y,贝U可计算出b=a/xXy,得出被测距物体与光源的最小距离。
【专利摘要】本发明公开了一种光学测距装置，包括光源、光格栅和摄像头，光格栅位于光源前方，摄像头置于光源侧面的任何位置并朝向被测物体。应用该装置的测距方法是，发光源的光线透过光格栅照向被测距物体，被测距物体的迎光面会出现一定大小的光斑，光斑的大小与距离成正比，此时使用摄像头获取被测距物体迎光面的光斑图像，获得光斑图像最大长度后，可依据事先测定的发散角计算出被测距物体与光源的最小距离。本发明的优点是：结构简单，造价低廉。
【IPC分类】G01C3-00, G01C11-32
【公开号】CN104613931
【申请号】CN201510042966
【发明人】不公告发明人
【申请人】黄敬先
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月28日