[发明专利]记录距离图像的装置和方法

说明书

本发明提供一种用来记录距离图像的装置及方法，每一距离图像包括多个距离像素点。该装置包括：多个以阵列排布的发射器，用于向测量区域发出电磁辐射；至少一接收单元，用于检测从该测量区域反射回的电磁辐射；一评估单元，被用于判断反射了电磁辐射的物体的距离，每一距离形成一距离像素点；一偏转单元，将发射器发出的电磁辐射不停地向扫描角度区域中的一扫描角度偏转，从而为每一距离图像连续地生成包括多个距离像素点的扫描图样；一位移单元，其通过移动光学部件使连续生成的扫描图样可以沿位移方向依次偏移。每一距离图像包括多个依次偏移的扫描图样，每一扫描图样包括多个距离像素点。本发明还提供了一种该装置具有自检功能的运行方法。

技术领域

本发明涉及一种记录距离图像的装置以及方法。

背景技术

为了识别和定位物体的表面在三维空间中的位置，距离图像(distance image)需要被测量，这也是为了生成被测物体的三维(3D)图像。现有的装置可以通过测量激光束的飞行时间(time offlight，TOF)定位被测物体表面上的反射点，即测量激光束被装置发出至被测物体上的一距离像素点(a distance image point)再被反射回的时间差。

现有的所谓的线扫描仪(line scanner)包括了一个脉冲激光源，此激光源发出的激光脉冲被一个转镜不停的偏转，偏转的目的是为了将距离像素点在扫描角度内分布于被测物体上。从扫描仪的角度上看出去，测量的距离像素点成一直线。这种线扫描仪可以被安装在一个移动支架上，从而对该支架周围的区域进行3D扫描。比如，将这种线扫描仪安装在一辆火车上用来三维地测量一隧道。

此外，在测量技术领域中，为了扫描平面，把一个线扫描仪安装在一个旋转支架上以便以垂直于扫描方向的方式逐渐移动该线扫描仪的像素点线(image point lines)是一种常见的方法。通过这种方法，该线扫描仪周围环境的3D的360度距离图像可以被记录得到。

以上所描述的装置和相关方法通常适用于生成单独的3D图像。但是它们的缺点是很明显的，在测量过程中必须移动整个线扫描仪。因此，以这样装置和方法进行3D扫描，可达到的扫描速度是被支架的机械性能所限制的，想要通过这样的方法获得1至10赫兹范围内的图像刷新率几乎是不可能的。此外，由于维护及安全的原因这种旋转的扫描仪已经被发现在很多应用中存在缺点。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种能够以可靠的方式实现以更高的图像刷新率记录具有多个距离像素点的距离图像的装置和方法，同时尽可能地降低构造和成本。

本发明首先提供了一种记录距离图像的装置，每一距离图像包括多个距离像素点，该装置包括：

多个发射器，该多个发射器被排布为发射器阵列，每一发射器向测量区域发出电磁辐射；

至少一个接收单元，用于检测从该测量区域反射回的电磁辐射；

评估单元，用于确定反射了电磁辐射的物体的距离，每一距离形成一个距离像素点；

偏转单元，该偏转单元反复地将从该发射器发出的电磁辐射偏转向扫描角度区域中的一扫描方向，从而为每一距离图像连续地生成包括多个距离像素点的扫描图样；及

位移单元，该位移单元通过该发射器阵列和该接收单元的相对运动或一光学器件的相对运动使连续的扫描图样在一位移方向上依次偏移，其中每一距离图像包括多个依次偏移的扫描图样，每一扫描图样包括多个距离像素点。

进一步地，该位移单元包括该光学器件，该光学器件可平移移动，该光学器件包括棱镜、反射镜或透镜。

进一步地，该位移单元包括该光学器件，该光学器件可平移移动，该光学器件包括一发射与接收共用的透镜。