[发明专利]结构光测距装置及方法

说明书

本发明公开了一种结构光测距装置及方法。该装置包括：红外光源，具有预定的工作周期，并且在每个工作周期内具有预定的点亮和关闭时段，红外光源在点亮时段向被测空间投射结构光；图像传感器，以预定的帧周期对所述被测空间内反射的结构光进行成像，点亮时段的长度Tsubgt;on/subgt;和关闭时段的长度Tsubgt;off/subgt;分别是帧周期的长度Tsubgt;fr/subgt;的整数倍；以及连接至所述红外光源和所述图像传感器的处理器，对在同一工作周期内的点亮时段和关闭时段获取的图像帧进行差分处理，并且根据确定经差分处理的图像帧中每一个反射片段相对于所述图像传感器的深度数据。本发明的结构光测距装置通过配合红外光源亮灭进行成像和差分计算，能够以最小代价去除背景光干扰。

技术领域

本发明涉及一种测距装置及方法，尤其涉及一种利用结构光来测量目标距离的装置和方法。

背景技术

为了四处行进或者在预备信息不足的地方执行作业，保洁机器人或自移动机器人需要具有自主规划路径，检测障碍物并避免碰撞的能力。为此，测量到障碍物的距离以估算位置是自移动机器人应该具备的基本能力。此外，在例如安保系统的入侵感测系统中，测量到目标物的距离的能力也是必需的。

业已使用了各种方法来进行上述距离测量。在其中，利用主动发射激光结构光并使用图像传感器进行测距的方法非常有效。该方法所需计算量较小并能用于亮度较小的场所(例如，阴暗室内)。但如果在较亮背景下，阳光反射等容易被图像传感器误判为激光点，从而导致距离测量不够准确。

虽然可以使用较高精度的滤波器来滤除背景反射的干扰，或是使用较高精度的放大器来放大目标波段的反射激光，但是这些方法都会增加电路结构的复杂性和成本，不利于测距装置的小型化和低成本控制。

因此，需要一种以最小代价实现干扰性背景去除的结构光测距装置和方法。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种以最小代价实现干扰性背景去除的结构光测距装置和方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种结构光测距装置，包括：红外光源，具有预定的工作周期，并且在每个工作周期内具有预定的点亮时段和关闭时段，所述红外光源在所述点亮时段向被测空间投射结构光；图像传感器，所述图像传感器以预定的帧周期对所述被测空间内反射的结构光进行成像，所述点亮时段的长度T_on和所述关闭时段的长度T_off分别是所述帧周期的长度T_fr的整数倍；以及连接至所述红外光源和所述图像传感器的处理器，所述处理器对在同一工作周期内的点亮时段和关闭时段获取的图像帧进行差分处理，并且根据确定经差分处理的图像帧中每一个反射片段相对于所述图像传感器的深度数据。由此，通过将红外光源点亮和关闭时做拍摄的图像帧简单差分，就能够方便地滤除背景光对测距的影响。

采用的图像传感器可以是全局传感器，这样在每个帧周期内，图像传感器的所有像素区域具有相同的曝光期，并在所述曝光期内同步曝光。因此仅需要在一个周期内亮一帧灭一帧，就能够获取具有足够信息的图像帧来进行差分运算。

也可以使用扫描式图像传感器。由于扫描式图像传感器对其像素执行逐行读取操作，红外光源需要亮两帧灭一帧，才能使得图像传感器获取足够信息的图像帧来进行差分运算。

优选地，红外光源投射的结构光可以是线形光，测距装置采用单目配置，处理器则可根据经差分处理的图像帧上的反射片段的纵深距离以及红外光源与单个图像传感器的相对空间位置关系确定每一个所述反射片段的深度数据。

测距装置也可以采用更为复杂的双目配置，这时红外光源投射的可以是线形光，也可以是更为复杂的其他结构纹理。处理器可以根据两个图像传感器之间的预定相对空间位置关系、基于同一反射片段在所述两个反射图像中相对应地形成的片段图像的位置差异，确定每一个反射片段的深度数据。