專利名稱：一種測(cè)距裝置、測(cè)距系統(tǒng)及其測(cè)距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及距離測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)距裝置、測(cè)距系統(tǒng)及其測(cè)距方法。
背景技術(shù)：
關(guān)于測(cè)定距離的方法和儀器，大致可以分為兩類，S卩，連續(xù)調(diào)整飛行時(shí)間法和立體圖像法。連續(xù)調(diào)整飛行時(shí)間法的調(diào)制儀器包括光源發(fā)射器和光源接收器。接收器接收從目標(biāo)物體反射回來的光線，并測(cè)量光線從目標(biāo)物體到接收器之間所需的時(shí)間，并由此計(jì)算儀器和目標(biāo)物體之間的距離。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是場(chǎng)景中的每個(gè)物體的距離都可以得到精確測(cè)量。局限性在于，光線發(fā)射器的功率對(duì)測(cè)量距離或多個(gè)目標(biāo)的同時(shí)測(cè)量有很大的限制，而且這種方法屬于侵入性測(cè)量。所謂侵入性測(cè)量，指測(cè)量手段影響到測(cè)量目標(biāo)，從而被測(cè)量目標(biāo)感知到；例如激光、雷達(dá)、聲波測(cè)量等，通過向測(cè)量目標(biāo)發(fā)生激光等信號(hào)以測(cè)量目標(biāo)的距離，但是發(fā)出的激光信號(hào)影響到測(cè)量目標(biāo)，也容易被測(cè)量目標(biāo)感知到。立體圖像法的圖像儀器一般包括兩個(gè)攝像頭，用來捕捉目標(biāo)圖像。兩幅圖像的差別在于視差角度和對(duì)等性，這兩項(xiàng)指標(biāo)可以用來測(cè)定距離。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以快速測(cè)量到場(chǎng)景中的所有目標(biāo)距離，并且是非侵入性測(cè)量。然而，這種方法在已有技術(shù)中，通常僅用于測(cè)量近距離物體的間距。然而，當(dāng)測(cè)量目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)，測(cè)量精度不足。眾所周知，三角測(cè)量方法可以用來測(cè)量距離、高度和相關(guān)角度。早在公元263年，也就是大約1800年前， 正如劉暉一幅畫中所證明的，這種應(yīng)用視線來測(cè)量角度的方法已經(jīng)建立起來了。然而，這種方法只能測(cè)量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的情況，并且不能快速自動(dòng)地測(cè)出場(chǎng)景中的所有物體的距離。攝影測(cè)量的方法利用攝像儀器進(jìn)行測(cè)繪和監(jiān)測(cè)，但是這種方法通常不是實(shí)時(shí)的，并不是專門用于距離修正功能的。利用數(shù)碼相機(jī)測(cè)量大范圍、遠(yuǎn)距離的優(yōu)點(diǎn)有很多。這種方法可以捕捉到所有的信息，從而計(jì)算出場(chǎng)景中幾乎所有物體間的距離，而且，這種測(cè)量方法是非侵入性的。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和極大規(guī)模集成電路的發(fā)展，由此而產(chǎn)生的運(yùn)算量也是微不足道的。數(shù)碼相機(jī)在已有技術(shù)中是眾所周知的，并且已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備中。多鏡頭多傳感器數(shù)碼相機(jī)的發(fā)明已經(jīng)得到美國專利的授權(quán)(授權(quán)號(hào):N0.6，611，289名稱:使用多鏡頭多傳感器的數(shù)碼相機(jī))。發(fā)明人:于燕斌等人。在1999年I月，這是首個(gè)申請(qǐng)利用多鏡頭、多傳感器技術(shù)來獲取數(shù)字圖像的專利。在這個(gè)專利中，多重圖像數(shù)據(jù)通過多傳感器、多鏡頭獲取，并通過圖像處理器處理后，輸出最終的圖像。多鏡頭多傳感器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，如高分辨率、高動(dòng)態(tài)范圍、靈活和寬廣的視角等等，都可以在本發(fā)明得到最好的應(yīng)用。很顯然，以下三個(gè)要素將使得基于測(cè)距的計(jì)算機(jī)視覺方案變得可行:立體視覺法和三角測(cè)量法的先進(jìn)算法，高速計(jì)算機(jī)和低功率損耗的超大規(guī)模集成電路，和帶多鏡頭多傳感器的高性能數(shù)碼相機(jī)。這種使用多鏡頭多傳感器進(jìn)行距離修正、測(cè)量、勘測(cè)和測(cè)繪功能的新架構(gòu)和范例，將逐漸突顯出來，并做出前所未有的成就。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于設(shè)計(jì)一種方便測(cè)量的測(cè)距裝置。本發(fā)明的目的之二在于設(shè)計(jì)一種方便測(cè)量，具有可擴(kuò)展基線長(zhǎng)度的測(cè)距系統(tǒng)。本發(fā)明的目的之三在于設(shè)計(jì)一種方便測(cè)量的測(cè)距方法為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的之一所采用的技術(shù)方案:一種測(cè)距裝置，包括第一攝像部和第二攝像部，其中第一攝像部包括一個(gè)或多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器，第二攝像部包括多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器；第一攝像部的攝像鏡頭和第二攝像部的攝像鏡頭分別設(shè)于兩個(gè)表面，兩個(gè)表面位于兩個(gè)基座或位于同一個(gè)基座上，且這兩個(gè)表面之間形成角度已知的夾角；包括信號(hào)處理器，與各攝像部連接，用于控制攝像部的拍攝動(dòng)作，以及接收傳感器拍攝的圖像信號(hào)并計(jì)算出目標(biāo)物體的距離。優(yōu)選的，所述兩個(gè)表面形成的夾角為銳角、直角或鈍角；攝像鏡頭設(shè)于夾角的外側(cè)面，朝向夾角的外側(cè)。優(yōu)選的，包括識(shí)別裝置，與所述基座拆卸連接。優(yōu)選的，所述識(shí)別裝置可以為球狀、星形、多邊形等結(jié)構(gòu)，主要起標(biāo)記作用，方便識(shí)另O。識(shí)別裝置通過支撐桿連接于第一基座的上方。計(jì)算兩個(gè)測(cè)距裝置之間的距離時(shí)，以兩個(gè)標(biāo)記裝置所在位置為計(jì)算點(diǎn)，從而避免了測(cè)距裝置過大不方便識(shí)別的問題。優(yōu)選的，所述基座為移動(dòng)通信終端。優(yōu)選的，所述移動(dòng)通信終端為手機(jī)；所述手機(jī)為翻蓋式手機(jī)，第一攝像部的攝像鏡頭和第二攝像部的攝像鏡頭分別設(shè)于翻蓋式手機(jī)的機(jī)身和蓋體上；或，所述手機(jī)為直板式手機(jī)，第一攝像部的攝像鏡頭和第二攝像部的攝像鏡頭分別設(shè)于兩個(gè)直板式手機(jī)上，該兩個(gè)直板式手機(jī)通過卡合結(jié)構(gòu)連接。優(yōu)選的，所述手機(jī)為直板式手機(jī)時(shí)，兩個(gè)直板式手機(jī)之間通過相互接觸的物理介質(zhì)傳輸信號(hào)，或通過無線的方式傳輸信號(hào)；兩個(gè)直板式手機(jī)之間采用實(shí)時(shí)或半實(shí)時(shí)的方式傳輸信號(hào)。其中，相互接觸的物理介質(zhì)應(yīng)該理解為看得見、有形的物理介質(zhì)。半實(shí)時(shí)意味圖片的傳輸而不是視頻的傳輸。在信號(hào)傳輸領(lǐng)域，攝影的同步是必需的，一般采用實(shí)時(shí)的方式傳輸信號(hào)，但是圖像相互的傳輸方式可以是非實(shí)時(shí)的。視頻的傳輸一般是實(shí)時(shí)的，圖片一般是非實(shí)時(shí)的或半實(shí)時(shí)的。無論是何種方式的信號(hào)傳輸方式，接收設(shè)備接收到信號(hào)的時(shí)間，其延時(shí)是肯定的。對(duì)于實(shí)時(shí)的方式而言，如語音通信，其延時(shí)是受到某些參數(shù)限制的。但對(duì)于半實(shí)時(shí)而言，由于其通信信道的條件不確定，每次接受到信號(hào)的時(shí)間會(huì)有所不同，可見其延時(shí)是不確定的。以SMS為例，SMS是一種存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，也就是說，信息的傳輸并不是直接從發(fā)送設(shè)備發(fā)送到接收設(shè)備的，而始終通過SMS中心進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果接收設(shè)備處于未連接狀態(tài)，則信息將在接收設(shè)備再次連接時(shí)發(fā)送。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的之二所采用的技術(shù)方案為:一種測(cè)距系統(tǒng)，由兩個(gè)所述的測(cè)距裝置組成，每個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向另一測(cè)距裝置；每個(gè)測(cè)距裝置還包括無線信號(hào)發(fā)射接收裝置，與信號(hào)處理器連接，用于兩個(gè)測(cè)距裝置之間傳輸信號(hào)。優(yōu)選的，每個(gè)測(cè)距裝置均包括識(shí)別裝置，與基座拆卸連接；第二攝像部朝向另一測(cè)距裝置的識(shí)別裝置。優(yōu)選的，兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部均包括多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器，不同攝像鏡頭具有不同的焦距。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的之二所采用的技術(shù)方案為:一種測(cè)距系統(tǒng)，包括兩個(gè)所述的測(cè)距裝置以及標(biāo)記裝置，每個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向標(biāo)記裝置；每個(gè)測(cè)距裝置還包括無線信號(hào)發(fā)射接收裝置，與信號(hào)處理器連接，用于兩個(gè)測(cè)距裝置之間傳輸信號(hào)。優(yōu)選的，兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部均包括多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器，不同攝像鏡頭具有不同的焦距。優(yōu)選的，所述標(biāo)記裝置上設(shè)有多個(gè)標(biāo)記物，不同標(biāo)記物具有不同顏色。標(biāo)記物可以是球狀、星形、多邊形等結(jié)構(gòu)，主要起標(biāo)記作用，方便識(shí)別。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的之三所采用的技術(shù)方案為:方案一一種測(cè)距方法，包括測(cè)距裝置該方法包括如下步驟:步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)，將測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，處理器控制第一攝像部拍攝，獲得待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像；步驟二、選取第二拍攝點(diǎn)，將測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向第一拍攝點(diǎn)，處理器控制第一攝像部和第二攝像部同時(shí)拍攝，獲得待測(cè)目標(biāo)和弟一拍攝點(diǎn)的拍攝圖像；步驟三、處理器依據(jù)步驟二獲得的第一拍攝點(diǎn)的圖像計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的距離，得出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度。步驟四、處理器依據(jù)步驟一中獲得的待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第一拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大??；處理器依據(jù)步驟二中獲得的待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第二拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大??；步驟五、處理器依據(jù)上述步驟算出的夾角大小和基線長(zhǎng)度，利用三角形邊角關(guān)系的原理計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)之間的距離。方案二一種測(cè)距方法，包括測(cè)距裝置和識(shí)別裝置，該方法包括如下步驟:步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)；步驟二、將測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，而識(shí)別裝置置于第二拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向識(shí)別裝置；處理器控制第一攝像部和第二攝像部同時(shí)拍攝，獲得第一組待測(cè)目標(biāo)和識(shí)別裝置的拍攝圖像；步驟三、將測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)，而識(shí)別裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向識(shí)別裝置；處理器控制第一攝像部和第二攝像部同時(shí)拍攝，獲得第二組待測(cè)目標(biāo)和識(shí)別裝置的拍攝圖像；步驟四、處理器分別依據(jù)第一組或第二組識(shí)別裝置的拍攝圖像計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的距離，取兩次計(jì)算的平均值，得出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度；
步驟五、處理器依據(jù)第一組待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第一拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大小；處理器依據(jù)第二組待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第二拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大??；步驟六、處理器依據(jù)步驟五算出的兩個(gè)夾角的大小，以及步驟四算出的基線長(zhǎng)度，利用三角形邊角關(guān)系的原理計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)之間的距離。優(yōu)選的，所述識(shí)別裝置是點(diǎn)狀物，或是長(zhǎng)度已知的物品。其中點(diǎn)狀物，如圓球狀或近似圓球狀的物體。長(zhǎng)度已知的物品，如桿狀或近似桿狀的物體，其上兩點(diǎn)之間的距離是已知的。還可以將點(diǎn)狀物設(shè)于長(zhǎng)度已知物體上，如桿狀體的兩端。方案三一種測(cè)距方法，包括測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)距系統(tǒng)包括第一測(cè)距裝置和第二測(cè)距裝置，該方法包括以下步驟:步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)；步驟二、第一測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第二測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)；兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向另一測(cè)距裝置；步驟三、處理器控制兩個(gè)測(cè)距裝置的所有攝像部同時(shí)拍攝，獲得拍攝圖像；步驟四、其中一個(gè)測(cè)距裝置將拍攝獲得的圖像信號(hào)通過相互接觸的物理介質(zhì)或通過無線信號(hào)發(fā)射接收裝置傳輸給另一個(gè)測(cè)距裝置，該接收到拍攝圖像的測(cè)距裝置為主測(cè)距裝置；步驟五、主測(cè)距裝置分別依據(jù)第一測(cè)距裝置或第二測(cè)距裝置的第二攝像部拍攝獲得的圖像計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的距離，取兩次計(jì)算的平均值，得出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度；步驟六、主測(cè)距裝置依據(jù)步驟五算得的基線長(zhǎng)度和兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部拍攝獲得的待測(cè)目標(biāo)的圖像，計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)的距離。該步驟的計(jì)算方法參照上述方案二所述測(cè)距方法的步驟五和步驟六。優(yōu)選的，包括校正的步驟:拍攝前，對(duì)每個(gè)攝像部進(jìn)行校正，記錄其焦距和聚焦孔徑的參數(shù)，以及傳感器上像素位置對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)角度；將校正記錄的數(shù)據(jù)傳輸給測(cè)距裝置，用于修正主測(cè)距裝置的計(jì)算結(jié)果。優(yōu)選的，根據(jù)算得的基線的長(zhǎng)度和待測(cè)目標(biāo)與兩個(gè)拍攝點(diǎn)的距離，重新選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)，使基線的長(zhǎng)度大于待測(cè)目標(biāo)與兩個(gè)拍攝點(diǎn)距離的十分之一，重復(fù)步驟二至步驟六，此時(shí)所測(cè)為最終結(jié)果。方案四一種測(cè)距方法，包括測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)距系統(tǒng)包括第一測(cè)距裝置、第二測(cè)距裝置和標(biāo)記裝置，該方法包括以下步驟:步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)；步驟二、第一測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第二測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)，標(biāo)記裝置置于兩個(gè)拍攝點(diǎn)之間；兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向標(biāo)記裝置；步驟三、處理器控制兩個(gè)測(cè)距裝置的所有攝像部同時(shí)拍攝，獲得拍攝圖像；步驟四、其中一個(gè)測(cè)距裝置將拍攝獲得的圖像信號(hào)通過相互接觸的物理介質(zhì)或通過無線信號(hào)發(fā)射接收裝置傳輸給另一個(gè)測(cè)距裝置，該接收到拍攝圖像的測(cè)距裝置為主測(cè)距裝置；步驟五、主測(cè)距裝置依據(jù)兩個(gè)測(cè)距裝置拍攝獲得的標(biāo)記裝置的圖像，計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度；步驟六、主測(cè)距裝置依據(jù)步驟五算得的基線長(zhǎng)度和兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部拍攝獲得的待測(cè)目標(biāo)的圖像，計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)的距離。該步驟的計(jì)算方法參照上述方案二所述測(cè)距方法的步驟五和步驟六。優(yōu)選的，包括校正的步驟:拍攝前，對(duì)每個(gè)攝像部進(jìn)行校正，記錄其焦距和聚焦孔徑的參數(shù)，以及傳感器上像素位置對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)角度；將校正記錄的數(shù)據(jù)傳輸給測(cè)距裝置，用于修正主測(cè)距裝置的計(jì)算結(jié)果。優(yōu)選的，根據(jù)算得的基線的長(zhǎng)度和待測(cè)目標(biāo)與兩個(gè)拍攝點(diǎn)的距離，重新選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)，使基線的長(zhǎng)度大于待測(cè)目標(biāo)與兩個(gè)拍攝點(diǎn)距離的十分之一，重復(fù)步驟二至步驟六，此時(shí)所測(cè)為最終結(jié)果。優(yōu)選的，所述標(biāo)記裝置是點(diǎn)狀物，或是長(zhǎng)度已知的物品。其中點(diǎn)狀物，如圓球狀或近似圓球狀的物體。長(zhǎng)度已知的物品，如桿狀或近似桿狀的物體，其上兩點(diǎn)之間的距離是已知的。還可以將點(diǎn)狀物設(shè)于長(zhǎng)度已知物體上，如桿狀體的兩端。優(yōu)選的，本申請(qǐng)所述的攝像部獲取待測(cè)目標(biāo)的圖像包括，通過拍照的方式獲取，或通過截取攝像視頻中圖像的方式獲?。焕?，可以邊拍攝視頻邊截取視頻中的圖像，如此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)距的效果更好。本發(fā)明是具有多鏡頭多傳感器的測(cè)距方法和測(cè)距設(shè)備。測(cè)距裝置由兩個(gè)或兩個(gè)以上的鏡頭和傳感器組組成，并根據(jù)設(shè)備所產(chǎn)生的圖像或多組儀器產(chǎn)生的圖像組來完成多個(gè)三角操作計(jì)算。該儀器同時(shí)采集目標(biāo)物體和參考點(diǎn)的圖像，可以準(zhǔn)確測(cè)量并再次編碼目標(biāo)物體和基準(zhǔn)線之間的角。該儀器可以自動(dòng)找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)并使用三角測(cè)量計(jì)算距離。該方法非常嚴(yán)謹(jǐn)、快速、準(zhǔn)確，并且可以高精度、大測(cè)量范圍內(nèi)高效執(zhí)行測(cè)距。本發(fā)明是一項(xiàng)攝像測(cè)距系統(tǒng)的發(fā)明，它克服了由多個(gè)裝置和數(shù)字信號(hào)處理方式的立體視覺測(cè)量系統(tǒng)的短基線的問題。它是一個(gè)基于數(shù)碼相機(jī)和非侵入測(cè)量的距離測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有靈活和擴(kuò)大的基線實(shí)時(shí)計(jì)算方法，從而獲得高精度的距離或其他信息的測(cè)量數(shù)據(jù)。擴(kuò)大基線可以由兩個(gè)或者更多的多鏡頭相機(jī)用一致的方式協(xié)同工作，并且通過實(shí)時(shí)測(cè)量和計(jì)算獲得。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置的正面視2為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置的背面視3為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置的結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置的測(cè)距原理示意5為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置的測(cè)距原理示意6為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置的測(cè)距原理示意7為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置應(yīng)用標(biāo)記物計(jì)算基線長(zhǎng)度的工作原理8為本標(biāo)記裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
圖9為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置應(yīng)用標(biāo)記物計(jì)算基線長(zhǎng)度的工作原理10為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)距裝置計(jì)算視角值的原理示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明:如圖1和圖2所示，為本發(fā)明的一種實(shí)施例，測(cè)距裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括第一基座I和第二基座2，本實(shí)施例中第一基座I和第二基座2為平板狀結(jié)構(gòu)，并相互垂直設(shè)置。兩基座的外側(cè)均設(shè)有多個(gè)攝像頭，分別為所述的第一攝像部和第二攝像部。如圖1所示，第一基座I的外側(cè)面上均勻設(shè)有五個(gè)攝像頭，其中包括兩個(gè)長(zhǎng)焦距攝像頭4和三個(gè)短焦距攝像頭3 ;第二基座2的外側(cè)面上亦均勻設(shè)有五個(gè)攝像頭5，均為短焦距攝像頭。圖1中還包括一個(gè)識(shí)別裝置6，具體為一個(gè)球狀的識(shí)別裝置，設(shè)于第一基座I的上側(cè)，作為計(jì)算兩個(gè)測(cè)距裝置之間基線長(zhǎng)度的端點(diǎn)。如圖2所示，第一基座I的內(nèi)側(cè)面上設(shè)有IXD顯示屏8，用于顯示、操作，觸控等。顯示屏上方設(shè)有操作本測(cè)距裝置工作的按鍵7。如圖3所示，為圖1和圖2所示實(shí)施例的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖，圖中四個(gè)鏡頭和傳感器分成兩組，面對(duì)不同的方向進(jìn)行工作。第一基座I和第二基座2相互垂直，第一基座I上的攝像頭包括透鏡31和傳感器32，第二基座上的攝像頭也包括透鏡51和傳感器52，所有攝像頭拍攝的數(shù)據(jù)均傳輸?shù)叫盘?hào)處理器9集中運(yùn)算處理。圖中標(biāo)號(hào)10為拍攝目標(biāo)，虛線箭頭12為光線路徑，實(shí)線箭頭11為數(shù)據(jù)線；拍攝目標(biāo)10通過透鏡在傳感器上成像，傳感器與信號(hào)處理器9連接，將接收到的圖像信號(hào)傳輸給信號(hào)處理器9。圖3的測(cè)距裝置具有在同一時(shí)間獲取兩個(gè)方向的兩個(gè)視圖的圖像信息的功能。其中一個(gè)基座上的鏡頭和傳感器組用于測(cè)量基線長(zhǎng)度，即兩個(gè)測(cè)距裝置之間的距離，通常為兩組鏡頭和傳感器同時(shí)工作測(cè)量基線，在某些情況下，只需其中一組鏡頭和傳感器即可測(cè)出基線的長(zhǎng)度。當(dāng)多個(gè)鏡頭聚焦在單個(gè)物體時(shí)，它們協(xié)調(diào)地工作，以獲得比單個(gè)設(shè)備更好的性能。圖中的信號(hào)處理器9接收和處理來自四個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。當(dāng)兩個(gè)測(cè)距裝置同時(shí)工作時(shí)，就需要有一個(gè)無線或有線的圖像數(shù)據(jù)傳輸裝置，來將圖像數(shù)據(jù)傳送到所有兩個(gè)或其中一個(gè)測(cè)距裝置中。具體地，信號(hào)處理器9，負(fù)責(zé)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在本實(shí)施例中，處理器9還負(fù)責(zé)對(duì)多鏡頭和多傳感器攝像機(jī)的控制，兩個(gè)基座上的攝像頭分別指向不同的方向，這兩組攝像頭間的角度可以是固定，也可以進(jìn)行高精度的配置或調(diào)整。如果為了獲得更高的空間分辨率，這種工作機(jī)構(gòu)可以很容易被擴(kuò)展成更多鏡頭、更多傳感器的配置方式，如同時(shí)使用長(zhǎng)焦鏡頭和廣角鏡頭的情況。本實(shí)施例的測(cè)距裝置還有同步控制，以確保兩臺(tái)測(cè)距裝置能同時(shí)進(jìn)行拍照。在特定模式下，只使用其中一臺(tái)裝置，此時(shí)對(duì)象是靜止的。本實(shí)施例攝像頭的其他的功能比較普遍，如自動(dòng)曝光控制，自動(dòng)對(duì)焦(或人工對(duì)焦)等等。對(duì)于其他的實(shí)施例來說，本發(fā)明的測(cè)距裝置，至少應(yīng)有兩組鏡頭和傳感器，分布在兩個(gè)平面內(nèi)(對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例的第一和第二基座)；其中至少有一組鏡頭和傳感器聚焦在待測(cè)目標(biāo)上；鏡頭和傳感器所在的兩個(gè)平面之間的夾角是固定或預(yù)先設(shè)定的，或?yàn)榭烧{(diào)節(jié)的模式。對(duì)于所述兩個(gè)平面，每個(gè)平面的鏡頭和傳感器組的個(gè)數(shù)都可以超過兩個(gè)；通常來說，負(fù)責(zé)執(zhí)行基線計(jì)算的那個(gè)平面的鏡頭和傳感器組的個(gè)數(shù)至少有兩個(gè)，因此，可以在同一時(shí)間直接測(cè)量出兩個(gè)裝置間的角度和距離，算出基線；此外，負(fù)責(zé)拍攝計(jì)算待測(cè)目標(biāo)的那個(gè)平面，需要一個(gè)或多個(gè)鏡頭和傳感器組，以便更好的對(duì)仰角信息進(jìn)行測(cè)量。本實(shí)施例測(cè)距裝置的第一和第二基座可以是目前市場(chǎng)上的翻蓋手機(jī)的兩個(gè)翻板，在翻蓋手機(jī)的外側(cè)面設(shè)置鏡頭和識(shí)別裝置，具有方便、實(shí)用、易推廣使用的效果。此外，第一和第二基座還可以是兩個(gè)直板手機(jī)或平板電腦通過卡合的組裝方式連接形成，在現(xiàn)有的直板手機(jī)或平板電腦的基礎(chǔ)上設(shè)置卡扣，使得其可以聯(lián)合使用，此時(shí)，處理數(shù)據(jù)時(shí)可以指定其中一臺(tái)直板手機(jī)或平板電腦集中計(jì)算；此外，設(shè)置卡扣的同時(shí)，還可以設(shè)置數(shù)據(jù)接口進(jìn)行相互間的通訊，當(dāng)然亦可采用無線傳輸?shù)姆绞酵ㄓ崱１娝苤?，兩個(gè)鏡頭利用視差和三角模型計(jì)算的原理可以測(cè)出目標(biāo)物體的距離，但由于設(shè)備以及人的因素，兩個(gè)固定基線的鏡頭所測(cè)出的距離的精度，隨距離的變大而變差。即，當(dāng)目標(biāo)物體距離鏡頭越遠(yuǎn)，鏡頭測(cè)得的距離大小誤差越大。就好像人眼觀察的情況，當(dāng)目測(cè)10米以內(nèi)的物體時(shí)，能夠較準(zhǔn)確地估算其距離；但當(dāng)目測(cè)一公里以外的物體時(shí)，估算的誤差變的相當(dāng)大。發(fā)明人經(jīng)過演算分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩鏡頭之間的距離(指所謂的基線)越大，同等情況下測(cè)出的目標(biāo)物體距離的誤差越小。本實(shí)施例是一個(gè)便攜的測(cè)距裝置?，F(xiàn)在當(dāng)我們查閱相關(guān)的圖樣時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在不同的視圖上，有很多相似的數(shù)碼與相似的樣圖相對(duì)應(yīng)。顯然，三角測(cè)量法可以利用以下的方程來計(jì)算出距離:z=c*(f*p)/b (I)其中，系數(shù)c由多個(gè)因素決定，可以在校正環(huán)節(jié)確定；f是鏡頭的焦距；P是同一對(duì)象的兩個(gè)圖像的觀測(cè)校驗(yàn)值；b是兩個(gè)鏡頭間的距離，如基線的長(zhǎng)度。對(duì)應(yīng)一組給定的參數(shù)，則一階偏差的表示如下:δ Z= (c*f/b) * δ p- (c*f*f*p/b2) * δ b (2)在這里，有其他幾種方法可以提高距離測(cè)量的精確度。其中，由校驗(yàn)值引起的偏差是造成最終誤差的主要原因。在計(jì)算縱深距離，而且當(dāng)測(cè)量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，一個(gè)或者甚至少于一個(gè)像素的校驗(yàn)值都能引起重大的計(jì)算誤差。我們可以擴(kuò)展焦距f，以改善奇偶測(cè)量校驗(yàn)的準(zhǔn)確性。但是，如此長(zhǎng)的焦距同時(shí)也會(huì)制約裝置的視界，同時(shí)還會(huì)變得笨重而無法靈活使用。例如，常規(guī)的鏡頭具有60°的視角。如果使用100倍數(shù)的長(zhǎng)焦鏡頭，那么它的視角也就只有常規(guī)鏡頭的十分之一了，也就是只有6°的視角了。當(dāng)然在另一方面，這種長(zhǎng)焦距方法也可以被適度應(yīng)用，或者和其他的方式結(jié)合使用。如在本實(shí)施例中，一個(gè)多鏡頭多傳感器相機(jī)可以保證大的觀測(cè)視角和高精度的觀測(cè)效果。這個(gè)相機(jī)可以在不同方向同時(shí)采用不同焦距，如一個(gè)方向采用標(biāo)準(zhǔn)焦距，另一個(gè)方向采用4-10X的焦距(2-3倍的縮放系數(shù))。而奇偶分辨率也可以從標(biāo)準(zhǔn)清晰度提升到高清晰度，如從512提升到3000。這里有一套采用更短基線的立體圖像匹配算法的詳細(xì)說明。一種現(xiàn)有系統(tǒng)的性能參數(shù)說明如下:配置:22cm基線，512X372,40。的視角有效的工作范圍:2.7米35米；距離分辨率:在3米時(shí)達(dá)到0.01米，在38米時(shí)達(dá)到1.1米；空間分辨率:在3米時(shí)達(dá)到0.004米，在38米時(shí)達(dá)到0.05米;
成像:MicronMT9V022CM0S 成像器；采用全幀快門。其中，距離分辨率指縱深方向的分辨率，空間分辨率指橫向的分辨率。可以看出，當(dāng)測(cè)距對(duì)象的距離變大時(shí)，誤差也同時(shí)增大。這里有兩個(gè)原因:1、即使角分辨率不變，空間分辨率也降低了 ；2、較長(zhǎng)的距離，視差變得越來越小。對(duì)于一個(gè)給定的基線(如22cm)，當(dāng)距離從3米變化到38米，空間分辨率也由0.004米變化到0.05米，也就是大約12倍。但此時(shí)的距離分辨率卻從0.01米變化到1.1米，也就是大約110倍。通過對(duì)比相同的數(shù)據(jù)，可以輕易推出，如果運(yùn)用可變焦的鏡頭(在其中一個(gè)方向采用4X，2X的鏡頭)和6百萬像素的高清晰度傳感器(3000X2000)，那么可以在不改變基線的情況下，將分辨率提高12倍。例如，如果將基線增加到22米，那么測(cè)距距離將增加到幾千米遠(yuǎn)。如圖1所示，在多鏡頭多傳感器的配置中，不同焦距的鏡頭能同時(shí)被使用，而且廣角和高精度角度測(cè)量的所有優(yōu)點(diǎn)都能被同時(shí)擁有。從式(2)可以看出，由校驗(yàn)測(cè)量誤差引起的視差跟基線的長(zhǎng)度是成反比的。所以，基線越長(zhǎng)，最終誤差將越小。而且，可以看出，由校驗(yàn)引起的誤差比由基線本身引起的最終誤差要敏感得多。實(shí)際上，最終誤差只跟基線自身的平方成正比。因此，我們可以得出一個(gè)結(jié)論，那就是改善距離測(cè)量的更有效的方法是擴(kuò)大系統(tǒng)的基線。本實(shí)施例的測(cè)距原理:圖4描述的是立體視覺測(cè)量距離的原理圖。如果兩個(gè)鏡頭13和傳感器14被安裝到同一裝置上，則兩個(gè)傳感器之間的安裝角度α、β和距離R是已知的。因此，就能方便的計(jì)算出測(cè)量目標(biāo)10的距離。實(shí)際上，這就是利用立體照相機(jī)測(cè)量距離的基本架構(gòu)。然而，由于受制于有限的基線長(zhǎng)度，這類裝置只有有限的測(cè)距分辨率。圖5顯示的是一個(gè)具有靈活和擴(kuò)展的基線R的改進(jìn)的測(cè)距裝置，其中一組透鏡13和傳感器14可圍繞另一組透鏡和傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還可自轉(zhuǎn)，從而靈活調(diào)整視角。作為圖4的一個(gè)改進(jìn)方案，如果角度α和角度β能被準(zhǔn)確的測(cè)量，那么就能計(jì)算出測(cè)量目標(biāo)10的距離。由于擴(kuò)展了基線R，因此距離的測(cè)量精度也被提高。然而，當(dāng)兩個(gè)鏡頭13和傳感器14不在同一測(cè)距裝置上時(shí)，如何測(cè)量角度α和角度β才是真正困難的事情。雖然某種意義上，兩個(gè)測(cè)距裝置都能用其他方法測(cè)得高精度的角度值，比如用天文觀測(cè)。圖6所示的測(cè)距裝置是實(shí)際環(huán)境中的使用示例，圖中的兩個(gè)測(cè)距裝置間采用串聯(lián)方式工作。每個(gè)測(cè)距裝置有一個(gè)識(shí)別裝置，以供另一個(gè)設(shè)備觀測(cè)。左邊和右邊的測(cè)距裝置在同一時(shí)間對(duì)同一物體10各拍一張照片。圖像數(shù)據(jù)被集中在其中一個(gè)測(cè)距裝置中進(jìn)行處理?；€15可以通過其中任一裝置測(cè)得，或是由兩個(gè)裝置共同測(cè)得以盡量減少錯(cuò)誤。然后，可以由角度α和角度β，測(cè)量出物體10和測(cè)距裝置間的距離。圖6中13為透鏡，14為傳感器。圖6的例子中，面向物體10的透鏡和傳感器組只有一組。圖7是一個(gè)2D平面內(nèi)擴(kuò)展基線的原理圖，即假設(shè)所有的對(duì)象都是處于同一平面。這里共有兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)距裝置，兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)10-2和10-3位于兩個(gè)裝置的中部，兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的長(zhǎng)度LI已知，用于計(jì)算基線15的長(zhǎng)度。當(dāng)來自兩個(gè)裝置的圖像數(shù)據(jù)被集中在其中一個(gè)裝置中處理時(shí)，基線15的值就會(huì)被首先計(jì)算得到。然后，待測(cè)對(duì)象10-1與任一測(cè)距裝置間的距離也能被測(cè)量得到。圖7中，13為透鏡，14為傳感器；角度α和角度β分別為待測(cè)對(duì)象10-1、測(cè)距裝置和標(biāo)記點(diǎn)10-2之間的角度，角度Θ和角度Y分別為兩個(gè)測(cè)距裝置和標(biāo)記點(diǎn)10-2、10-3之間的角度；L2為在兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)所在直線的方向上，標(biāo)記點(diǎn)10-2至基線15的距離。圖8是一個(gè)3D標(biāo)記裝置10，它帶有3個(gè)可以用來做距離修正的標(biāo)識(shí)物a、b、C，圖中那些標(biāo)識(shí)點(diǎn)間的距離和連線間的角度已知的。其作為測(cè)距的輔助工具，使用其測(cè)距時(shí)，將其置于兩個(gè)測(cè)距裝置之間，每個(gè)測(cè)距裝置單獨(dú)測(cè)量計(jì)算其與各個(gè)標(biāo)記物之間的距離和角度，從而進(jìn)一步計(jì)算出兩個(gè)測(cè)距裝置之間的基線距離。圖9所示的是3D測(cè)距的情況，高度(Z)也應(yīng)被考慮進(jìn)去。左右兩個(gè)測(cè)距裝置取得標(biāo)記點(diǎn)10a、10b和10c，還有待測(cè)對(duì)象IOd的圖像。標(biāo)記點(diǎn)之間的距離和角度都是已知的，在3D的情況，如果兩個(gè)測(cè)距裝置不在同一水平面上，就需要取得IOa-1Ob和IOb-1Oc的長(zhǎng)度，從而計(jì)算出兩個(gè)測(cè)距裝置之間的基線長(zhǎng)度。基于對(duì)LI，L2和L3的測(cè)量計(jì)算，就能計(jì)算出Cl和C2間的基準(zhǔn)線的值。然后，就可以根據(jù)測(cè)得的角度α和角度β，求得要測(cè)量的待測(cè)對(duì)象IOd的距離。圖中，角度Θ和角度Y分別為兩個(gè)測(cè)距裝置和標(biāo)記點(diǎn)10a、10b之間的角度。圖10說明了在傳感器平面(測(cè)量對(duì)象平面也是)上像素補(bǔ)償和角度之間的關(guān)聯(lián)。可以用這個(gè)關(guān)聯(lián)來計(jì)算像素補(bǔ)償圖像中對(duì)應(yīng)的兩個(gè)對(duì)象間的視角的值。圖10中，13為透鏡，14為傳感器。 數(shù)碼相機(jī)可以被認(rèn)為是人類的一種擴(kuò)展能力，用來測(cè)量同一場(chǎng)景中兩個(gè)對(duì)象的角度。圖10所示，圖像中與對(duì)象有關(guān)的三角形的角度相對(duì)應(yīng)的像素差別(補(bǔ)償)?？梢钥闯?，這些角度差異并不一致，但卻是由圖像中相對(duì)位置的像素決定。如果兩張圖是由一組帶兩個(gè)鏡頭和傳感器的裝置攝取，那么同一對(duì)象的像素校驗(yàn)角度差將是一致的。圖10中的角度測(cè)量和像素補(bǔ)償測(cè)量法的關(guān)系可以描述如下:對(duì)于對(duì)象平面的一個(gè)小型對(duì)象△，假設(shè)其對(duì)應(yīng)的角度是α，傳感器平面上對(duì)應(yīng)的小偏移量是δ。A=R*(tg(y + a )-tg(y))=R*sin ( a ) / (cos ( y ) *cos ( y + a ))=R*sin ( a ) / (cos (Y)* (cos ( y ) cos ( a ) -sin ( y ) sin ( a )))當(dāng)Y=O 時(shí)，則:Δ =R*sin ( a )/cos ( a )=R*sin(a)如果a的值很小所以，a=sin_1(A/R)當(dāng)Y=30 °鏡頭的標(biāo)準(zhǔn)視角，則:A=R*sin(a)/( V 3)/4*((( V 3) cos ( a )-sin( a ))=R*sin(a)/(3/4)如果 a 的值很小因此，Ci=SirT1GAz^R)其中，V 3表示對(duì)3開方運(yùn)算的意思，SirT1為反正弦函數(shù)。這意味著，對(duì)于傳感器平面的任一像素，如果視角增加，則對(duì)應(yīng)的空間角也增加。通常，鏡頭的幾何失真(TV失真)范圍為2-0.1%，要大于一個(gè)像素的失真度。因此，我們可以采用其他機(jī)制來控制和最小化圖形失真，如電子校正等。上述的角度測(cè)量和像素補(bǔ)償測(cè)量結(jié)果的精度受鏡頭和傳感器質(zhì)量的影響，因此，可以適當(dāng)?shù)氖褂酶玫脑O(shè)備以獲取更高的性能。例如，水平方向的像素量可以從標(biāo)準(zhǔn)清晰度的640px調(diào)整到3000px。本實(shí)施例測(cè)距裝置的一種典型配置的參數(shù)為:配置:基線6.5_30cm 視角 60° ;有效范圍:1-3500米；空間分辨率:0.001m@3m to0.5mi3500m ；測(cè)距分辨率:0.01mi3m to3mi3500m(基線為 350 米)；光學(xué)部件:焦距:6-25mm ;成像裝置:6百萬像素的多CMOS成像器(2000 X 3000)。本實(shí)施例具有多種功用，根據(jù)測(cè)量所需的精度，選擇不同的使用方式。當(dāng)需要測(cè)量近距離物體的距離時(shí)，如100米以內(nèi)，只需一個(gè)本實(shí)施例的測(cè)距裝置單獨(dú)工作即可，通過兩個(gè)鏡頭的配合測(cè)出符合精度要求的物體的距離，如圖4和圖5所示。當(dāng)需要測(cè)量遠(yuǎn)距離物體的距離時(shí)，如I公里以外，為達(dá)到較優(yōu)的測(cè)量精度，需要增加兩鏡頭之間基線的長(zhǎng)度，此時(shí)可以使用兩個(gè)本實(shí)施例的測(cè)距裝置，該兩個(gè)測(cè)距裝置相互配合使用，其之間的距離即為基線的長(zhǎng)度。如此可以獲得例如100米以內(nèi)的擴(kuò)展的基線長(zhǎng)度，相比原來單個(gè)測(cè)距裝置的基線，大大提高了測(cè)距的精度?，F(xiàn)有的設(shè)備中，基線長(zhǎng)度常受到設(shè)備本身的形狀、尺寸的制約，對(duì)于便攜式設(shè)備，其基線的長(zhǎng)度通常不會(huì)大于10米。如需再增加基線的長(zhǎng)度，這是現(xiàn)有設(shè)備辦不到的。使用本實(shí)施例的測(cè)距裝置獲取更大的基線長(zhǎng)度時(shí)，測(cè)距裝置的第一基座朝向待測(cè)物體，用于拍攝待查物體的圖像；第二基座朝向另一個(gè)測(cè)距裝置，兩個(gè)測(cè)距裝置的第二基座彼此相對(duì)，用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)距裝置之間的距離。同一測(cè)距裝置的第一基座上的攝像頭拍攝的圖像可用于去模糊處理，不同測(cè)距裝置的第一基座拍攝的圖像可用于計(jì)算待測(cè)物體的距離。兩測(cè)距裝置之間的基線長(zhǎng)度以識(shí)別裝置之間的距離為準(zhǔn)。兩個(gè)測(cè)距裝置同時(shí)工作的方式，簡(jiǎn)單、快捷、實(shí)時(shí)，尤其適用于運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)距工作。如圖6所示。如果待測(cè)量的遠(yuǎn)距離物體是靜止的，使用者還可以僅用一個(gè)本實(shí)施例的測(cè)距裝置即可完成高精度測(cè)距的任務(wù)。操作如下，使用者先在A點(diǎn)攝得待測(cè)物體的圖像，然后前往B點(diǎn)攝取待測(cè)物體的圖像，獲得A、B點(diǎn)的距離，以及拍攝角度，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算即可得出待測(cè)物體的距離。獲得A、B點(diǎn)距離的方式有，人為測(cè)量，但這種方式較為不方便；更優(yōu)的，可將測(cè)距裝置上的識(shí)別裝置取下放于A點(diǎn)，然后在B點(diǎn)使用測(cè)距裝置的第二基座上的攝像頭拍攝，利用測(cè)距裝置本身測(cè)得A、B點(diǎn)的距離。當(dāng)進(jìn)一步需要測(cè)量更遠(yuǎn)的距離時(shí)，如10公里以外，為繼續(xù)保持良好的精度，需要進(jìn)一步增加基線的長(zhǎng)度，如將基線長(zhǎng)度增加到幾百米甚至I公里以上，上兩段所述的測(cè)量基線的方法已經(jīng)不適應(yīng)?？稍趦蓚€(gè)測(cè)距裝置之間事先設(shè)好標(biāo)記物，如圖7、圖8和圖9所示，標(biāo)記物的各個(gè)參照點(diǎn)之間的距離已知，若為三個(gè)以上的參照點(diǎn)，則參照點(diǎn)之間的角度已知，兩個(gè)測(cè)距裝置的第二基座均朝向標(biāo)記物，分別測(cè)出各自與標(biāo)記物的參照點(diǎn)之間的角度和距離，再綜合算出兩個(gè)測(cè)距裝置之間的距離，如此大大提高了測(cè)量基線時(shí)的精度。設(shè)置多個(gè)參照點(diǎn)，可以相互合作計(jì)算并進(jìn)一步減小誤差。當(dāng)需要測(cè)量大物體時(shí)，比如樓、山等，此時(shí)需要長(zhǎng)、短焦距的鏡頭同時(shí)配合使用。鏡頭的焦距與鏡頭的視角和距離分辨率有著矛盾的關(guān)系，較長(zhǎng)焦距的鏡頭，具有較好的距離分辨率，但其視角較小，如需要測(cè)量的物體較大時(shí)，甚至不能完全把物體拍攝下來；然而較短焦距的鏡頭雖然具有較寬的視角，但其距離分辨率較差，當(dāng)測(cè)量物體距離過遠(yuǎn)時(shí)，無法滿足精度的要求。本實(shí)施例的測(cè)距裝置第一基座上的攝像頭具有不同的焦距，不同焦距的攝像頭可以同時(shí)工作，相互配合彼此以減小視角小和距離分辨率差的影響。本發(fā)明測(cè)距方法的具體實(shí)施方式
如下:對(duì)于每個(gè)多鏡頭和多傳感器組來說，鏡頭和傳感器的個(gè)數(shù)都可以超過兩個(gè)。通常來說，負(fù)責(zé)執(zhí)行基線計(jì)算的那個(gè)組的鏡頭和傳感器的個(gè)數(shù)有兩個(gè)，甚至更多。因此，可以在同一時(shí)間直接測(cè)量出兩個(gè)裝置間的角度和距離。此外，還需要多一個(gè)或幾個(gè)鏡頭和傳感器用于測(cè)量目標(biāo)的距離，以便更好的對(duì)仰角信息進(jìn)行測(cè)量。本裝置有同步機(jī)制，以確保兩臺(tái)裝置能同時(shí)進(jìn)行拍照。在特定情況下，只使用其中一臺(tái)裝置，此時(shí)對(duì)象是靜止的。其他的相機(jī)裝置比較普遍，如自動(dòng)曝光控制，自動(dòng)對(duì)焦(或人工對(duì)焦)等等°兩個(gè)測(cè)距裝置之間通過無線方式對(duì)拍照時(shí)間進(jìn)行同步，并在拍照后交換圖像數(shù)據(jù)。由于每個(gè)裝置都有自己的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，所以可以預(yù)先設(shè)定好程序執(zhí)行所有操作。其他的實(shí)施例中，也采用無線方式，如高精度的GPS或相似系統(tǒng)，本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)或相似系統(tǒng)，可以采用飛行時(shí)間法和光學(xué)三角測(cè)量法來測(cè)量和確認(rèn)基線的值。其他已知的參照點(diǎn)，如太陽、月亮，幾何參照點(diǎn)和控制點(diǎn)，或相互的參照點(diǎn)都能被用來準(zhǔn)確獲得裝置間的相對(duì)位置和角度，或者對(duì)象裝置間的角度值。因此，能由此執(zhí)行更好的測(cè)距操作。此外，本發(fā)明所述拍攝獲取測(cè)距對(duì)象的圖像，其拍攝方式應(yīng)該包括直接拍攝測(cè)距對(duì)象的照片，以及截取拍攝測(cè)距對(duì)象的視頻中的圖片。方法描述:本實(shí)施例中，最好先校正測(cè)距裝置。校準(zhǔn)后，用戶可以通過一個(gè)對(duì)象設(shè)定好其中一組鏡頭和傳感器的參數(shù)，另一組鏡頭和傳感器則通過其他的裝置對(duì)基線測(cè)量進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)拍照之后，兩組裝置間互相交換圖像數(shù)據(jù)，從而計(jì)算出基線和距離的值。詳細(xì)的操作流程描述如下:1、校準(zhǔn):對(duì)于一個(gè)給定的設(shè)置，如焦距和聚焦孔徑的參數(shù)，需要對(duì)傳感器的每個(gè)像素進(jìn)行校正，并記錄下來。像素位置對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)角也會(huì)被記錄下來，并體現(xiàn)在最終的計(jì)算中。所有的誤差，如透鏡像差、系統(tǒng)誤差和安裝偏差等因素都被記錄下來。需要在水平和垂直方向分別校正。在立體測(cè)量中會(huì)用到兩組或更多的鏡頭和傳感器，在計(jì)算距離之前，也要通過實(shí)際距離的測(cè)量進(jìn)行校正。某些參數(shù)，如鏡頭和傳感器之間的距離都要特別設(shè)定和校正。校正的數(shù)值將作為裝置的內(nèi)置存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2、配置設(shè)備:對(duì)于場(chǎng)景中對(duì)象的測(cè)距，采用兩個(gè)測(cè)距裝置，兩個(gè)測(cè)距裝置工作于串聯(lián)模式。兩個(gè)測(cè)距裝置之間的基線長(zhǎng)度至少應(yīng)該為所測(cè)距離的十分之一，才能保證較好的測(cè)量精度。測(cè)距裝置的一組鏡頭和傳感器對(duì)著測(cè)距對(duì)象，另一組則面對(duì)著另一個(gè)測(cè)距裝置(或者標(biāo)記裝置、參照點(diǎn))。3、對(duì)物體和其他測(cè)距裝置進(jìn)行拍照:確保所有相關(guān)的鏡頭和傳感器都調(diào)節(jié)到良好適宜的狀態(tài)。通常，拍攝同一目標(biāo)的兩組鏡頭最好具有相同或相似的參數(shù)設(shè)置，如曝光時(shí)間，以減少后期的像素匹配處理。在特定的時(shí)間、地點(diǎn)，兩個(gè)測(cè)距裝置共四組鏡頭同時(shí)拍照。4、用無線或其他方式將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥髦?將其中一個(gè)測(cè)距裝置取得的圖像數(shù)據(jù)，連同相關(guān)的描述、誤差和設(shè)置參數(shù)，如兩組鏡頭間的角度、光圈、縮放系數(shù)、曝光時(shí)間、校正數(shù)據(jù)等等，一起傳輸?shù)搅硪粋€(gè)測(cè)距裝置上。由一個(gè)測(cè)距裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)收集并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。5、計(jì)算基線值:首先通過本測(cè)距裝置獲取的圖像數(shù)據(jù)信息來計(jì)算基線，再通過另一個(gè)測(cè)距裝置的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)。6、計(jì)算距離:對(duì)一個(gè)給定的對(duì)象，先通過立體圖像匹配算法，如運(yùn)動(dòng)估計(jì)，找出兩個(gè)測(cè)距裝置拍攝的目標(biāo)的對(duì)應(yīng)像素集。然后計(jì)算出基線和對(duì)象間的角度。進(jìn)而計(jì)算出對(duì)象的距離?；氐降?步，再計(jì)算一次，從而驗(yàn)證和改善測(cè)距數(shù)據(jù)。根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)距裝置，其特征在于:包括第一攝像部和第二攝像部，其中第一攝像部包括一個(gè)或多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器，第二攝像部包括多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器； 第一攝像部的攝像鏡頭和第二攝像部的攝像鏡頭分別設(shè)于兩個(gè)表面，兩個(gè)表面位于兩個(gè)基座或位于同一個(gè)基座上，且這兩個(gè)表面之間形成角度已知的夾角； 包括信號(hào)處理器，與各攝像部連接，用于控制攝像部的拍攝動(dòng)作，以及接收傳感器拍攝的圖像信號(hào)并計(jì)算出目標(biāo)物體的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)距裝置，其特征在于:所述兩個(gè)表面形成的夾角為銳角、直角或鈍角；攝像鏡頭設(shè)于夾角的外側(cè)面，朝向夾角的外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)距裝置，其特征在于:包括識(shí)別裝置，與所述基座拆卸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)距裝置，其特征在于:所述基座為移動(dòng)通信終端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)距裝置，其特征在于:所述移動(dòng)通信終端為手機(jī)； 所述手機(jī)為翻蓋式手機(jī)，第一攝像部的攝像鏡頭和第二攝像部的攝像鏡頭分別設(shè)于翻蓋式手機(jī)的機(jī)身和蓋體上；或， 所述手機(jī)為直板式手機(jī)，第一攝像部的攝像鏡頭和第二攝像部的攝像鏡頭分別設(shè)于兩個(gè)直板式手機(jī)上，該兩個(gè)直板式手機(jī)通過卡合結(jié)構(gòu)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)距裝置，其特征在于:所述手機(jī)為直板式手機(jī)時(shí)，兩個(gè)直板式手機(jī)之間通過相互接觸的物理介質(zhì)傳輸信號(hào)，或通過無線的方式傳輸信號(hào)；兩個(gè)直板式手機(jī)之間采用實(shí)時(shí)或半實(shí)時(shí)處理的方式傳輸信號(hào)。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1測(cè)距裝置的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:由兩個(gè)所述的測(cè)距裝置組成，每個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向另一測(cè)距裝置；每個(gè)測(cè)距裝置還包括無線信號(hào)發(fā)射接收裝置，與信號(hào)處理器連接，用于兩個(gè)測(cè)距裝置之間傳輸信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)距裝置，其特征在于:每個(gè)測(cè)距裝置均包括識(shí)別裝置，與基座拆卸連接；第二攝像部朝向另一測(cè)距裝置的識(shí)別裝置。
9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1測(cè)距裝置的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個(gè)所述的測(cè)距裝置以及標(biāo)記裝置，每個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向標(biāo)記裝置；每個(gè)測(cè)距裝置還包括無線信號(hào)發(fā)射接收裝置，與信號(hào)處理器連接，用于兩個(gè)測(cè)距裝置之間傳輸信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部均包括多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器，不同攝像鏡頭具有不同的焦距。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述標(biāo)記裝置上設(shè)有多個(gè)標(biāo)記物，不同標(biāo)記物具有不同顏色。
12.種測(cè)距方法，應(yīng)用權(quán)利要求1所述的測(cè)距裝置，其特在于該方法包括如下步驟: 步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)，將測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，處理器控制第一攝像部拍攝，獲得待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像； 步驟二、選取第二拍攝點(diǎn)，將測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向第一拍攝點(diǎn)，處理器控制第一攝像部和第二攝像部同時(shí)拍攝，獲得待測(cè)目標(biāo)和第一拍攝點(diǎn)的拍攝圖像；步驟三、處理器依據(jù)步驟二獲得的第一拍攝點(diǎn)的圖像計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的距離，得出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度。
步驟四、處理器依據(jù)步驟一中獲得的待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第一拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大??；處理器依據(jù)步驟二中獲得的待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第二拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大??； 步驟五、處理器依據(jù)上述步驟算出的夾角大小和基線長(zhǎng)度，利用三角形邊角關(guān)系的原理計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)之間的距離。
13.一種測(cè)距方法，應(yīng)用權(quán)利要求1所述的測(cè)距裝置，該測(cè)距裝置還包括識(shí)別裝置，其特征在于該方法包括如下步驟: 步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)； 步驟二、將測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，而識(shí)別裝置置于第二拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向識(shí)別裝置；處理器控制第一攝像部和第二攝像部同時(shí)拍攝，獲得第一組待測(cè)目標(biāo)和識(shí)別裝置的拍攝圖像； 步驟三、將測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)，而識(shí)別裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向識(shí)別裝置；處理器控制第一攝像部和第二攝像部同時(shí)拍攝，獲得第二組待測(cè)目標(biāo)和識(shí)別裝置的拍攝圖像； 步驟四、處理器分別依據(jù)第一組或第二組識(shí)別裝置的拍攝圖像計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的距離，取兩次計(jì)算的平均值，得出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度； 步驟五、處理器依據(jù)第一組待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第一拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大?。惶幚砥饕罁?jù)第二組待測(cè)目標(biāo)的拍攝圖像，計(jì)算出以第二拍攝點(diǎn)為頂點(diǎn)、以基線和待測(cè)目標(biāo)方向?yàn)檫叺膴A角的大??； 步驟六、處理器依據(jù)步驟五算出的兩個(gè)夾角的大小，以及步驟四算出的基線長(zhǎng)度，利用三角形邊角關(guān)系的原理計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)之間的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的測(cè)距方法，其特征在于:所述識(shí)別裝置是點(diǎn)狀物，或是長(zhǎng)度已知的物品。
15.一種測(cè)距方法，應(yīng)用權(quán)利要求7所述的測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)距系統(tǒng)包括第一測(cè)距裝置和第二測(cè)距裝置，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)； 步驟二、第一測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第二測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)；兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向另一測(cè)距裝置； 步驟三、處理器控制兩個(gè)測(cè)距裝置的所有攝像部同時(shí)拍攝，獲得拍攝圖像； 步驟四、其中一個(gè)測(cè)距裝置將拍攝獲得的圖像信號(hào)通過相互接觸的物理介質(zhì)或通過無線信號(hào)發(fā)射接收裝置傳輸給另一個(gè)測(cè)距裝置，該接收到拍攝圖像的測(cè)距裝置為主測(cè)距裝置； 步驟五、主測(cè)距裝置分別依據(jù)第一測(cè)距裝置或第二測(cè)距裝置的第二攝像部拍攝獲得的圖像計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的距離，取兩次計(jì)算的平均值，得出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度； 步驟六、主測(cè)距裝置依據(jù)步驟五算得的基線長(zhǎng)度和兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部拍攝獲得的待測(cè)目標(biāo)的圖像，計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)的距離。
16.一種測(cè)距方法，應(yīng)用權(quán)利要求9所述的測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)距系統(tǒng)包括第一測(cè)距裝置和第二測(cè)距裝置，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)； 步驟二、第一測(cè)距裝置置于第一拍攝點(diǎn)，第二測(cè)距裝置置于第二拍攝點(diǎn)，標(biāo)記裝置置于兩個(gè)拍攝點(diǎn)之間；兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部朝向待測(cè)目標(biāo)，第二攝像部朝向標(biāo)記裝置； 步驟三、處理器控制兩個(gè)測(cè)距裝置的所有攝像部同時(shí)拍攝，獲得拍攝圖像； 步驟四、其中一個(gè)測(cè)距裝置將拍攝獲得的圖像信號(hào)通過相互接觸的物理介質(zhì)或通過無線信號(hào)發(fā)射接收裝置傳輸給另一個(gè)測(cè)距裝置，該接收到拍攝圖像的測(cè)距裝置為主測(cè)距裝置； 步驟五、主測(cè)距裝置依據(jù)兩個(gè)測(cè)距裝置拍攝獲得的標(biāo)記裝置的圖像，計(jì)算出第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)的基線長(zhǎng)度； 步驟六、主測(cè)距裝置依據(jù)步驟五算得的基線長(zhǎng)度和兩個(gè)測(cè)距裝置的第一攝像部拍攝獲得的待測(cè)目標(biāo)的圖像，計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)和兩個(gè)拍攝點(diǎn)的距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的測(cè)距方法，其特征在于，包括校正的步驟:拍攝前，對(duì)每個(gè)攝像部進(jìn)行校正，記錄其焦距和聚焦孔徑的參數(shù)，以及傳感器上像素位置對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)角度；將校正記錄的數(shù)據(jù)傳輸給測(cè)距裝置，用于修正主測(cè)距裝置的計(jì)算結(jié)果。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的測(cè)距方法，其特征在于:根據(jù)算得的基線的長(zhǎng)度和待測(cè)目標(biāo)與兩個(gè)拍攝點(diǎn)的距離，重新選取第一拍攝點(diǎn)和第二拍攝點(diǎn)，使基線的長(zhǎng)度大于待測(cè)目標(biāo)與兩個(gè)拍攝點(diǎn)距離的十分之一，重復(fù)步驟二至步驟六，此時(shí)所測(cè)為最終結(jié)果。
19.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述的測(cè)距方法，其特征在于:所述標(biāo)記裝置是點(diǎn)狀物，或是長(zhǎng)度形狀已知的物品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)距裝置，包括第一攝像部和第二攝像部，其中第一攝像部包括一個(gè)或多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器，第二攝像部包括多個(gè)攝像鏡頭以及與攝像鏡頭對(duì)應(yīng)的攝像傳感器；第一攝像部的攝像鏡頭和第二攝像部的攝像鏡頭分別設(shè)于兩個(gè)表面，這兩個(gè)表面形成角度已知的夾角；還包括信號(hào)處理器，與各攝像部連接。本發(fā)明還公開了一種測(cè)距系統(tǒng)，包括兩個(gè)相互配合的測(cè)距裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)距的效果。本發(fā)明還公開了一種測(cè)距方法，具有靈活和擴(kuò)大的基線實(shí)時(shí)計(jì)算方法，從而獲得高精度的距離測(cè)量結(jié)果。
文檔編號(hào)G01C11/00GK103090846SQ20131001521
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者于燕斌 申請(qǐng)人:廣州市盛光微電子有限公司