[发明专利]一种基于变焦摄像头的测距装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及测距技术领域，特别涉及一种基于变焦摄像头的测距装置及使用方法。

背景技术

粮库内存粮量变化周期一般较长，且粮库内粮面平整，采用测量粮面高度来反应存粮量是一种简单有效的方法。

根据透镜成像原理(如图1)，当透镜能够清晰成像时，物距、焦距和像距三者满足高斯公式。所以，当焦距一定的情况下，通过调焦得到被测目标物清晰图像时的像距，再根据高斯公式即可计算出被测目标物至镜头的距离。但是，当透镜的焦距一定的情况下，物距u>2f时，像距v的变化范围非常小(如图2)，所以定焦镜头是无法进行较大范围的距离测量的。

现有的测距装置如超声波测距，传统的激光测距、红外线测距等，会受到测量环境等因素的影响。红外线测距测量的精度低，距离近，方向性差；激光测距制作难度大，成本高，而且必须保证光学系统干净，否则将影响测量；超声波测距虽然可以在较差的环境下使用，但是其精度低，成本高。所以寻找一种能够适应粮库环境下的测距装置非常有必要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于变焦摄像头的测距装置及使用方法，本发明采用普通的变焦镜头，通过同时变焦和聚焦寻找被测目标物的清晰成像，然后根据神经网络算法计算目标物至镜头的距离，具有系统简单，成本低，适用于粮库环境的距离测量，并能获得相对较高的测量精度的特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于变焦摄像头的测距装置，包括变焦镜头6，在变焦镜头6的聚焦环和变焦环处分别设置有齿轮一3和齿轮二5，变焦镜头6和CMOS相机1相组合后通过步进电机一4和步进电机二7设置在机架2上，使步进电机一4的输出齿轮和齿轮一3啮合，步进电机二7的输出齿轮和齿轮二5啮合。

一种基于变焦摄像头的测距装置的使用方法，

将两个步进电机分别经过齿轮减速机构与变焦镜头的变焦环和聚焦环进行固定，即可使变焦环与聚焦环旋转的角度转换为两个步进电机旋转的脉冲数；

第一步，数据处理模块向电机驱动模块发送某一固定脉冲数，驱动变焦环电机调节变焦环旋转相应角度，CMOS相机1拍摄一张照片，由显示模块进行显示，同时图像检测模块按照选定的图像质量清晰度评价函数计算清晰度值，并将此值发送给数据处理模块，数据处理模块将本次清晰度值和变焦环位置(变焦环电机移动脉冲数)进行记录；

第二步，数据处理模块再向电机驱动模块发送另一固定脉冲数，驱动聚焦环电机旋转，CMOS相机1拍照后图像检测模块计算清晰度值，与上一次计算出的清晰度值进行比较，然后按照爬山算法(或其他搜索算法)依次调节聚焦环并计算相应位置时拍摄照片的清晰度，直至找出在该焦距位置时清晰度最高的聚焦环位置，将相应聚焦环电机和变焦环电机移动的脉冲数记录在数据处理模块中；

第三步，数据处理模块控制变焦环电机，将变焦环移动到下一位置，按照上一步中同样的方法调节聚焦环，找出该焦距位置时清晰度最高的聚焦环位置，比较两个焦距位置上的最高清晰度值，如果本次最高清晰度值小于上次，则将上次最高清晰度值对应的位置作为清晰成像的位置，否则继续移动变焦环至第三位置，在变焦环调节范围内重复此过程直至找到在整个焦距范围内清晰度最高的位置作为清晰成像的位置，此时，变焦环和聚焦环电机旋转的总脉冲数将对应于清晰成像时的焦距和像距。

本发明的有益效果是：

本发明可使用现有变焦镜头，结构简单成本低，成功克服了由于无法得到精确焦距和像距而无法计算物距的困难，特别适用于粮库等中近程静止物体的距离测量，能够获得较高的精度，如果结合监控摄像头可将测距与监控同时完成。

附图说明

图1是成像原理示意图。

图2是定焦时物距与像距的函数关系示意图。

图3是本发明系统结构示意图。

图4是本发明调焦成像机构装配轴测示意图。

图5是本发明调焦成像机构装配俯视示意图。

图6是本发明调焦成像机构中机架示意图。

图7是本发明调焦成像机构减速机构中齿轮示意图。

图8是试验被测目标物图形示意图。

图9是试验流程图。

图10是试验数据表。

图11是实验数据精确度对比表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。