[实用新型]结构光测量头

说明书

本实用新型公开了一种结构光测量头。该测量头包括：向被测空间投射结构光的光源；与光源之间具有预定的相对空间位置关系并且包括图像传感器和成像视场角调整组件的成像单元，被被测空间内障碍物反射的结构光经由成像视场角调整组件在图像传感器上成像，其中成像视场角调整组件起到成像透镜的功能并被设置为压缩成像单元在特定方向上的成像视场角；以及用于固定光源和成像单元的测量头基座，测量头基座确保光源和成像单元之间的相对空间位置关系。由此，能够通过在成像镜头中并入特定方向上的视场角压缩功能来增大条状或线形光的成像线宽，从而为线形光定位提供更多的信息，改善测量精度并提供抗扰动能力。

技术领域

本实用新型涉及结构光测距，尤其涉及一种利用结构光来测量目标距离的测量头。

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，利用结构光和成像装置(例如，相机)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)。

根据该方法，如图1所示，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20获得反射光的图像。然后，可以根据三角法测量法从图2A中的图像高度来计算光发射位置与障碍物30之间的距离。图2B-D进一步示出了发光位置到障碍物之间距离对成像的影响。对于图案较为简单的结构光(例如，线形光)，由于其在图像传感器上的成像通常只有几个像素的宽度，使得难以准确定位线宽中心，也容易受到例如成像噪点等扰动的影响。

此外，出于成本的考虑，优选结构更为简单紧凑的测距系统。

因此，需要一种能够解决上述至少一个问题的结构光测量头。

实用新型内容

为了解决上述至少一个问题，本实用新型提供了一种结构光测距系统，能够通过在成像镜头中并入特定方向上的视场角压缩功能来增大条状或线形光的成像线宽，从而为线形光定位提供更多的信息，改善测量精度并提供抗扰动能力。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种结构光测量头，包括：向被测空间投射结构光的光源；以及与所述光源之间具有预定的相对空间位置关系并且包括图像传感器和成像视场角调整组件的成像单元，被所述被测空间内障碍物反射的结构光经由所述成像视场角调整组件在所述图像传感器上成像，其中所述成像视场角调整组件起到成像透镜的功能并被设置为压缩所述成像单元在特定方向上的成像视场角；以及用于固定所述光源和所述成像单元的测量头基座，所述测量头基座确保所述光源和所述成像单元之间的所述相对空间位置关系。

由此，通过压缩特定方向上的成像视场角，加强对该特定方向上的有效信息的获取，由此克服窄型结构光(例如，线形光)在其窄向上定位信息不足且易受干扰影响的固有缺陷，并从整体上提升测距精度。

成像视场角调整组件涵盖了传统光学镜头的成像功能。成像视场角调整组件可以包括光学透镜，例如，由一组合理设计的光学透镜组成。优选地，成像视场角调整组件可由在光路上依次排序的一个凹透镜和四个凸透镜组成。更优选地，这四个凸透镜可以在光路上依次排序为一个弯月形凸透镜、两个平凸透镜和一个弯月形凸透镜。由此，通过光学透镜的合理组合，同时实现传统成像和压缩特定方向视场角这两种功能。

进一步地，成像视场角调整组件还可以具有成像比例调整功能，例如增大所述被测空间远端的障碍物的反射光在所述图像传感器上的成像比例。

图像传感器和成像视场角调整组件之间还可以布置有滤光片，以便滤除结构光之外的其他波段光对成像的不利影响。