基于摄像头和激光发射器的测高测距装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供的一种基于摄像头和激光发射器的测高测距装置，包括：机架；激光发射头支架转动设置在机架上，在激光发射头支架上设有安装孔；激光发射头设置在安装孔内且激光发射头的轴线平行于水平面；摄像头支架设置在机架上；摄像头设置在摄像头支架上且摄像头的轴线平行于水平面；摄像头的轴线与激光发射头的轴线位于同一水平面；无线发射器设置在机架上，无线发射器与摄像头连接，无线接收器与无线发射器相匹配。本发明的有益效果如下：在没有增加传感器的情况下，将测高和测距集成到一套系统。即在没有增加硬件成本的情况下得到了更多的环境信息。从而达到了小体积，低成本的目的。且利用了无线传输技术，可以容易的运用到移动机器人行业。
【专利说明】
基于摄像头和激光发射器的测高测距装置
技术领域
[0001] 本发明公开了一种基于单孔摄像头和线激光发射器的测高测距一体化装置，涉及 机器人领域。
【背景技术】
[0002] 近年来机器人技术引起了投资界的高度关注。机器人的运作离不开对周围环境的 探测，而现在的探测类装置动辄上万元。这无疑对机器人行业的发展产生了很大的阻力。另 外在移动机器人领域，对传感器的体积有严格的要求。怎样减少传感器的数量而且能够得 到更多的信息。在这种情况下一种低价且有合理测量精度并且集成化的测量装置显得十分 必要。
[0003] 公开号为102147234A的专利公开了一种测量装置，利用三角测距的原理获得了距 离信息。但其测量系统复制，需要配置凸透镜系统。而且只能得到距离信息。
[0004] 公开号为104729461A的专利公开了一种测量装置，利用反射会的激光可以测得高 度信息。但因为其需要手动调节设备，且需要人眼观察，装置只适用于静态人工测量。不可 能用于自动化行业。而且其所得的信息也只有高度信息。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于单孔摄像头和线激光发射 器的测高测距一体化装置。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于摄像头和激光发射器的测高测距装 置，包括:机架;激光发射头支架，所述激光发射头支架转动设置在所述机架上，在所述激光 发射头支架上设有安装孔;激光发射头，所述激光发射头设置在所述安装孔内且所述激光 发射头的轴线平行于水平面;摄像头支架，所述摄像头支架设置在所述机架上;摄像头，所 述摄像头设置在所述摄像头支架上且所述摄像头的轴线平行于水平面;所述摄像头的轴线 与所述激光发射头的轴线位于同一水平面;无线发射器，所述无线发射器设置在所述机架 上，所述无线发射器与所述摄像头连接;无线接收器，所述无线接收器与所述无线发射器相 匹配。
[0007] 优选地，所述激光发射头支架转动通过刻度盘设置在所述机架上。
[0008] 优选地，所述激光发射器的发射端面和所述激光发射器自身轴线的交点与所述摄 像头的接收端面所述摄像头自身轴线交点之间的间距为60毫米。
[0009]优选地，所述摄像头为单孔摄像头。
[0010] 优选地，所述无线接收器为图传接收模块。
[0011] 优选地，所述无线发射器为图传发射模块。
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下:在没有增加传感器的情况下，将测高和 测距集成到一套系统。即在没有增加硬件成本的情况下得到了更多的环境信息。从而达到 了小体积，低成本的目的。且本发明利用了无线传输技术，使得测量装置可以容易的运用到 移动机器人行业。
【附图说明】
[0013] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目 的和优点将会变得更明显。
[0014] 图1为本发明基于摄像头和激光发射器的测高测距装置结构示意图；
[0015] 图2为本发明基于摄像头和激光发射器的测高测距装置测量流程图；
[0016] 图3为本发明基于摄像头和激光发射器的测高测距装置测距原理图一；
[0017]图4为本发明基于摄像头和激光发射器的测高测距装置测高原理图二。
[0018]图中：
[0019] 1-机架 2-激光发射头支架3-无线发射器
[0020] 4-无线接收器5-摄像头支架 6-摄像头
[0021] 7-刻度盘 8-激光发射头 9-障碍物
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0023]如图1、图2所示，本发明基于摄像头和激光发射器的测高测距装置的机架1用碳钎 维制成。其作用是为摄像头6和激光发射头8的相对距离定位。在此两者的距离为60毫米。 [0024]激光发射头支架2用于固定激光发射头。激光支架2上有一个水平孔，孔和激光发 射头形成过盈配合。水平孔的高度一定。
[0025]无线发射模块3用于传输图像信号。在本实施例中采用图传发射模块。
[0026]无线接收模块4用于图像信号的接收。在本实施例中采用的是图传接收模块。
[0027]摄像头支架5利用3D打印制作。其作用是固定摄像头。保证镜头的位置水平，在垂 直距离上进行定位。使摄像头轴线和激光发射头的轴线在一个水平面上。
[0028]摄像头6在此采用单孔摄像头。可以采集到包含激光信号的图像。
[0029]刻度盘7固定于激光发射头支架2的底部。作用是作为调节激光发射头轴线角度的 参考。
[0030]激光发射头8作为信号发生装置，将参考信号投射到障碍物9上。
[0031]图像处理模块处理从图像接收模块获得的图像信号。其处理原理如图3和图4所 示。图3中摄像头距离激光发射器的距离为s。在安装激光发射器时需要调整激光如图所示 的角度0。这个角度值是通过摄像头感光芯片和摄像头的焦距来确定的。摄像头的焦距为 3.6,像素为720X576,感光芯片的尺寸为1 = 8.5毫米。调节这个角度的目的是让激光打到 无限远处的障碍物9时在图片上的成像点恰好落在图像的边缘。这样就确定角度 P = 在调好角度后即可进行测试。其中比较困难的地方是要找到激光在图片中 的位置。在此运用的算法是质心法。通过图片中每一行每个像素点上的光强度乘以像素点 的横坐标的值将它们相加再除以这一行上所有像素点上光强的和就可以得到这一行的激 光中心的坐标。
[0032] 计算过程如下：
[0034] 式中Pl为每个像素点上的光强，i为像素点的横坐标。在得到像素点的坐标以后就 可以求出放大倍数
求得放大倍数之后就可以得到实际的距离q=G Xf。同理可以算 出障碍物9的高度。高度测量的原理如图4所示。首先得到成像点的竖直方向上距离中轴线 的坐标y。再通过乘以放大倍数既可以得到障碍物9的实际高度H。以上是针对单个激光点， 在此使用的是线激光。通过以上的方法可以得到每个激光点对应的高度。对于实际应用中 选择最高的激光点即可。通过计算得到高度和距离后通过显示界面显示出实时的高度。并 且实时的显示传回的图像。
[0035] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影 响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相 互组合。
【主权项】
1. 一种基于摄像头和激光发射器的测高测距装置，其特征在于，包括： 机架； 激光发射头支架，所述激光发射头支架转动设置在所述机架上，在所述激光发射头支 架上设有安装孔； 激光发射头，所述激光发射头设置在所述安装孔内且所述激光发射头的轴线平行于水 平面； 摄像头支架，所述摄像头支架设置在所述机架上； 摄像头，所述摄像头设置在所述摄像头支架上且所述摄像头的轴线平行于水平面;所 述摄像头的轴线与所述激光发射头的轴线位于同一水平面； 无线发射器，所述无线发射器设置在所述机架上，所述无线发射器与所述摄像头连接； 无线接收器，所述无线接收器与所述无线发射器相匹配。2. 根据权利要求1所述的基于摄像头和激光发射器的测高测距装置，其特征在于，所述 激光发射头支架转动通过刻度盘设置在所述机架上。3. 根据权利要求1所述的基于摄像头和激光发射器的测高测距装置，其特征在于，所述 激光发射器的发射端面和所述激光发射器自身轴线的交点与所述摄像头的接收端面所述 摄像头自身轴线交点之间的间距为60毫米。4. 根据权利要求1或3所述的基于摄像头和激光发射器的测高测距装置，其特征在于， 所述摄像头为单孔摄像头。5. 根据权利要求1所述的基于摄像头和激光发射器的测高测距装置，其特征在于，所述 无线接收器为图传接收模块。6. 根据权利要求1所述的基于摄像头和激光发射器的测高测距装置，其特征在于，所述 无线发射器为图传发射模块。
【文档编号】G01B11/06GK105891842SQ201610185785
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】汪洋, 张瑞朋, 李跃峰, 武书昆, 罗磊, 王冬宇
【申请人】上海交通大学