[实用新型]结构光测距装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测距装置，尤其涉及一种利用结构光来测量目标距离的装置。

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。

业已使用了各种设备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测距装置非常有效。该装置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。

实用新型内容

本实用新型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。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种结构光测距装置，包括：红外光源，被设置为向被测空间投射结构光；图像传感器，用于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；以及连接至所述红外光源和所述图像传感器的控制器，用于控制所述红外光源在预定的工作周期内的点亮时段投射结构光，在预定的工作周期的关闭时段关闭，所述点亮时段的长度和所述关闭时段的长度分别是所述帧周期的长度的整数倍。由此，可以通过配合红外光源亮灭进行成像，轻易获得以最小代价去除背景光干扰的差分图像。

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。可以使用触发信号发生装置来实现上述帧周期以及点亮和关闭时段的配合。

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，由此可以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，由此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。

本实用新型的结构光测距装置通过红外光源亮灭与图像帧捕捉的合理配合，可以轻易获得以最小代价去除背景光干扰的差分图像，从而通过图像帧的简单差分运算实现对干扰背景的精确去除。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1A和1B示出了现有结构光测距装置的测距原理。

图2示出了背景光干扰准确测距的一个例子。

图3示出了本实用新型一实施例的结构光测距装置的组成示意图。

图4A-C示出了图像帧差分去除背景干扰的一个例子。

图5示出了红外光源亮灭周期的几个例子。

图6示出了扫描式图像传感器的成像过程。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在现有技术中，如图1A所示，会利用光源10主动将结构光(例如，线形光)照射到障碍物30上，并且利用诸如相机的传感器获得反射光的图像。由于光源到传感器的相对距离是已知的，于是可以根据三角法测量法从图像高度来计算光发射位置与障碍物之间的距离。图1B示出了障碍物反射回的结构光在传感器上成像的图像帧实例。例如，图1A所示的测距装置可以位于扫地机器人内部，图1B是测距装置面对平整的墙面时的成像帧。