[发明专利]一种主动测距系统以及方法

权利要求书

1.一种主动测距系统，其特征在于，包括单目摄像镜头、发射圆锥镜、发射孔径光阑、发光光源、准直透镜、圆形接收孔径光阑，发射光源经过发射孔径光阑遮挡后发射，发射准直透镜置于光源之前，发射光源射向发射圆锥镜的锥尖，发射圆锥镜的锥尖投射的阴影中心与面阵CCD/CMOS传感器的中心重合，面阵CCD/CMOS传感器面上覆盖圆形孔径光阑，所述圆形孔径光阑的开孔直径等于面阵CCD/CMOS传感器有效区域的内切圆直径，圆形孔径光阑的中心和面阵CCD/CMOS传感器有效感光区域的中心重合；还包括遮光筒、透明窗口支架，光源、准直透镜、发射圆锥镜设置在遮光筒内，遮光筒上端连接有透明窗口支架，单目摄像镜头固定在透明窗口支架上；还包括图像处理单元模块、光源驱动模块、信号输出单元、显示单元模块，所述面阵CCD/CMOS传感器、光源驱动模块、信号输出单元、显示单元模块均与图像处理单元模块相连，光源与光源驱动模块相连；所述单目摄像镜头置于发射光源之前，单目摄像镜头的光轴和发射光源光轴共轴；经圆锥发射镜反射后发射光的光束发射半角小于单目摄像镜头水平视场半角，使得所成圆环光斑始终在摄像机视场之内；测距时在光源开闭前后分别获取一张照片，二者图像做差，提取光斑环带特征，计算出光斑环带直径所占的像素点数目，获取的像素点带入公式(l-h)*tanθ1/(l*tanθ2)＝m/M，计算出l，其中m为光斑环带直径在水平方向所占像素个数，M为图像传感器有效感光区域在水平方向的像素总数目，θ1、θ2分别光束发射半角、单目摄像镜头水平视场半角，l为距离单目摄像镜头虚拟原点的距离，圆锥镜反射光虚拟原点与单目摄像镜头虚拟原点间距为h。

2.一种主动测距方法，其特征在于，所述方法利用如上述权利要求1中所述的系统进行，测距时在光源开闭前后分别获取一张照片，二者图像做差，提取光斑环带特征，计算出光斑环带直径所占的像素点数目；该装置获取的像素点带入公式(l-h)*tanθ1/(l*tanθ2)＝m/M，计算出l，其中m为光斑环带直径在水平方向所占像素个数，M为图像传感器有效感光区域在水平方向的像素总数目，θ1、θ2分别光束发射半角、单目摄像镜头水平视场半角，l为距离单目摄像镜头虚拟原点的距离，圆锥镜反射光虚拟原点与单目摄像镜头虚拟原点间距为h；圆锥反射镜圆锥角为θ，θ＜90°；发射光源通过该圆锥反射镜反射后，得到一环形光，该发射光打到垂直于圆锥轴线上的接收屏上后，得到一圆形光斑，单目摄像镜头置于圆锥反射镜之前，但不会阻挡圆锥反射镜的发射光，经圆锥发射镜反射后发射光的光束发射半角θ1小于单目摄像镜头的水平视场半角θ2，单目摄像镜头能够拍摄到光斑的完整形状，由图像处理单元进行处理，经过传输单元输出视频图像和测得距离数据，其中θ1＝θ，单目摄像镜头中的图像处理单元提取圆形光斑的特征，计算出直径在水平方向所占像素个数m，通过L*tanθ1/(l*tanθ2)＝m/M，其中θ1、θ2分别为光束发射半角、水平视场半角，M为图像传感器有效感光区域在水平方向的像素总数目，L和l分别为接收面距离圆锥镜虚拟原点和距离单目摄像镜头虚拟原点尺寸，两虚拟点间距为h，则有l＝L+h，h需要提前确定，确定的过程如下，当接收板距离圆锥镜虚拟原点在L3处时，测得光斑直径在水平方向所占像素数为m3，当为L4时测得所占像素点数为m4，则分别带入L*tanθ1/(l*tanθ2)＝m/M，l＝L+h，则可求得h，则L*tanθ1/(l*tanθ2)＝m/M变为(l-h)*tanθ1/(l*tanθ2)＝m/M，因为h、θ1、θ2、M均为已知，m可以通过计算求得，因此可以计算出l，即接收面距离单目摄像镜头虚拟原点尺寸。