專利名稱：用于測量到物體距離的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上牽涉用于測量到物體的距離的系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明的各種實施例提供反映可從物體的一個或多個圖像獲得的距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度的信號。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域內(nèi)已知用于測量到物體的距離的各種系統(tǒng)和方法。例如，可使用從物體表面反射出的激光、聲音或其他能量脈沖計算距離。然而，這些系統(tǒng)可過分昂貴和/或太大而不能容納在有限空間內(nèi)。因此，已經(jīng)開發(fā)通常稱作三角測量、立體測量和/或三維攝影等的各種技術(shù)以基于在各種變化的光條件下拍攝的物體的多個圖像來計算到物體的一個或多個距離。例如，圖像中的各種陰影的長度、角度和/或?qū)挾鹊姆治隹捎糜谟嬎愕轿矬w的距離。到物體的計算距離的集合然后可用于確定物體的形狀、幾何構(gòu)型或輪廓。 現(xiàn)有的測量技術(shù)常常允許要確定或計算的各種距離的準(zhǔn)確度。然而，各種計算的距離的準(zhǔn)確度大體上基于捕獲圖像和/或基于捕獲圖像的計算。因此，各種計算距離的準(zhǔn)確度大體上只在已經(jīng)引起與捕獲物體的圖像關(guān)聯(lián)的時間和花費后可用。在各種距離的準(zhǔn)確度小于期望的情況下，必須重復(fù)與捕獲物體的圖像關(guān)聯(lián)的時間和花費。因此，用于測量到物體的距離的提供后續(xù)距離計算的準(zhǔn)確度的指示的系統(tǒng)和方法將是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)勢在下文在下列說明中闡述，或可從說明變得明顯，或可通過實踐本發(fā)明而獲悉。本發(fā)明的一個實施例是用于測量到物體的距離的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括安置在位置處的拍攝裝置以及由該位置處的該拍攝裝置生成的至少一個信號，其中該至少一個信號反映拍攝裝置的設(shè)置?？刂破鞑僮鞯剡B接到該拍攝裝置并且接收該至少一個信號并且基于該至少一個信號生成準(zhǔn)確度信號。該準(zhǔn)確度信號反映可從由該位置處的拍攝裝置捕獲的物體的一個或多個圖像獲得的距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度。操作地連接到控制器的指示器提供反映準(zhǔn)確度信號的指示。本發(fā)明的另一個實施例是用于測量到物體的距離的方法。該方法包括將拍攝裝置安置在相對于物體的位置處并且生成反映可從由在該位置處的拍攝裝置捕獲的物體的一個或多個圖像獲得的距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度的信號。該方法進(jìn)一步包括提供反映該信號的指示、在該位置處捕獲物體的一個或多個圖像以及基于在該位置處的物體的一個或多個捕獲的圖像計算到物體的距離。本發(fā)明的再另外的實施例是用于測量到物體的距離的方法，其包括將拍攝裝置安置在相對于物體的位置處以及確定該位置處的拍攝裝置的曝光設(shè)置或增益設(shè)置中的至少一個。該方法進(jìn)一步包括基于該位置處的拍攝裝置的曝光設(shè)置或增益設(shè)置中的至少一個生成信號，其中該信號反映可從由該位置的拍攝裝置捕獲的物體的一個或多個圖像獲得的距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度。另外，該方法包括提供反映信號的指示、在該位置處捕獲物體的一個或多個圖像以及基于在該位置處的物體的一個或多個捕獲的圖像計算到物體的距離。當(dāng)回顧說明書時，本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員將更好地意識到這樣的實施例的特征和方面以及其他。


針對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員的本發(fā)明的完全和使能公開(包括其最佳模式)更具體地在該說明書的剩余部分中闡述，其參照附圖，其中
圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于測量到物體的距離的系統(tǒng)的功能框 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于測量到物體的距離的方法的算法；
圖3是取景器中的示范性視覺指示； 圖4是由系統(tǒng)基于在圖3中描繪的條件產(chǎn)生的物體的示范性三維圖像；
圖5是取景器中的示范性視覺指示；以及
圖6是由系統(tǒng)基于在圖5中描繪的條件產(chǎn)生的物體的示范性三維圖像。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的當(dāng)前實施例，其一個或多個示例在附圖中圖示。詳細(xì)說明使用數(shù)字和字母代號來指代圖中的特征。圖和說明中的類似或相似代號已經(jīng)用于指代本發(fā)明的類似或相似部分。每個示例以說明本發(fā)明的方式而非限制本發(fā)明的方式來提供。實際上，在本發(fā)明中可以做出各種修改和變化而不偏離本發(fā)明的范圍或精神對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。例如，圖示或描述為一個實施例的一部分的特征可在另一個實施例上使用以產(chǎn)生再另外的實施例。從而，意在本發(fā)明涵蓋這樣的修改和變化，它們落在附上的權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)。本發(fā)明的各種實施例提供用于測量到物體的距離的系統(tǒng)和方法，并且到該物體的該距離然后可用于確定該物體的形狀、幾何構(gòu)型或輪廓。系統(tǒng)和方法提供反映可從由特定位置處的拍攝裝置捕獲的物體的一個或多個圖像獲得的距離測量的準(zhǔn)確度的指示?；谠撝甘?，如期望的話，可在捕獲一個或多個圖像之前重新安置拍攝裝置來實現(xiàn)距離測量的期望的準(zhǔn)確度。圖I提供根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于測量到物體14的距離12的系統(tǒng)10的功能框圖。該系統(tǒng)10大體上包括操作地連接到控制器18的拍攝裝置16。如本文使用的，術(shù)語“拍攝裝置”包含任何能夠捕獲物體的一個或多個圖像的裝置，例如本領(lǐng)域內(nèi)已知的數(shù)字或模擬拍攝裝置。例如，如在圖I中示出的，拍攝裝置16可包括光圈20、交替地覆蓋或暴露該光圈20的可收縮快門22、用于收集光的透鏡24和用于照亮物體14的燈26。為了捕獲圖像，快門22使光圈20暴露，并且透鏡24將通過光圈20的光聚焦到記錄介質(zhì)28上。拍攝裝置16可并入本領(lǐng)域內(nèi)已知的用于將拍攝裝置16安置在相對于物體14的位置處的內(nèi)孔鏡或其他裝置(未示出)。一旦安置在該位置處，拍攝裝置16對控制器18生成多個信號，其傳達(dá)或反映拍攝裝置16中的各種設(shè)置，并且信號中的一個或多個的組合可用于確定到物體的相對距離。例如，拍攝裝置16可生成反映燈設(shè)置(例如，開、關(guān)或亮度)的光信號30、反映曝光設(shè)置(例如，光圈20寬度、快門22速度)的曝光信號32和/或反映與拍攝裝置16關(guān)聯(lián)的增益設(shè)置的增益信號34。每個設(shè)置可由操作員手動建立或通過包括在拍攝裝置16中的常規(guī)操作規(guī)程或編程自動建立。例如，假設(shè)由燈26產(chǎn)生的照明沒有被校準(zhǔn)，照明的反射強(qiáng)度與到物體的距離的平方成比例。因此，對于給定的光強(qiáng)度，曝光設(shè)置和/或增益設(shè)置必須增加以當(dāng)?shù)轿矬w的距離增加時維持給定的圖像亮度水平。從而，對于給定的光信號30，曝光信號32和增益信號34可用于能預(yù)計地指示到物體的相對距離。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)該理解，在該特定的實施例中拍攝裝置16可具有額外的設(shè)置并且生成額外的信號，并且前面的示例并不意味著是與拍攝裝置16和/或由拍攝裝置16生成的信號關(guān)聯(lián)的所有設(shè)置的窮舉列表。如本文描述的，控制器18的技術(shù)效果是基于由拍攝裝置16生成的信號30、32、34中的一個或多個來生成準(zhǔn)確度信號36?？刂破?8可包括獨立部件或子部件，其包括在本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何計算機(jī)系統(tǒng)中，例如便攜式電腦、個人計算機(jī)、微型計算機(jī)或大型計算機(jī)。 本文論述的各種控制器18和計算機(jī)系統(tǒng)不限于任何特定硬件架構(gòu)或配置。本文闡述的系統(tǒng)和方法的實施例可由以任何適合的方式改編的一個或多個通用或定制控制器實現(xiàn)來提供期望的功能性。例如，控制器18可改編成提供與本主旨互補或無關(guān)的額外的功能性。當(dāng) 使用軟件時，任何適合的編程、腳本或其他類型的語言或語言的組合可用于實現(xiàn)本文包含的教導(dǎo)。然而，本文闡述并且公開的一些系統(tǒng)和方法還可由硬接線邏輯或其他電路實現(xiàn)，其包括但不限于專用電路。當(dāng)然，計算機(jī)執(zhí)行的軟件或硬接線邏輯或其他電路的各種組合也可以是適合的?？刂破?8接收信號30、32、34中的一個或多個并且將這些信號單獨或共同地與一個或多個預(yù)定極限比較。例如，大部分基于三角測量的測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度在到物體的距離增加時而非線性減小，并且預(yù)定極限可包括映射到距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度的光信號30、曝光信號32和/或增益信號34的各種組合?？刂破?8從而可基于信號30、32、34中的一個或多個單獨或共同地與一個或多個預(yù)定極限的該比較來確定可從由位置處的拍攝裝置16捕獲的物體14的一個或多個圖像獲得的距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度。例如，高的光信號30、低曝光信號32和低增益信號34可單獨地或以某種共同組合地指示用于捕獲物體14的圖像的非常好的條件，從而導(dǎo)致較高的預(yù)計準(zhǔn)確度。相反地，低的光信號30、高曝光信號32和高增益信號34可單獨地或以某種共同組合地指示用于捕獲物體14的圖像的不太有利的條件，從而導(dǎo)致較低的預(yù)計準(zhǔn)確度。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以容易地意識到所比較的實際信號以及施加到每個信號的相對權(quán)重可在沒有過度實驗或研究的情況下基于例如特定拍攝裝置16、物體14的表面特性、預(yù)期距離和預(yù)定極限等各種專用參數(shù)而確定。如在圖I中示出的，控制器18基于信號30、32、34中的一個或多個來生成準(zhǔn)確度信號36，其中準(zhǔn)確度信號36反映可從由位置處的拍攝裝置16捕獲的物體14的一個或多個圖像獲得的距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度。操作地連接到控制器18的指示器接收準(zhǔn)確度信號36并且提供反映準(zhǔn)確度信號36的指示。該指示可包括，例如，例如數(shù)字或模擬圖標(biāo)的視覺顯示38，其被包括在將準(zhǔn)確度信號36輸送到操作員的取景器40中。備選地，或另外，該指示可包括揚聲器，其產(chǎn)生相似地將準(zhǔn)確度信號36輸送到操作員的音頻指示或聲音42。圖2提供根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于測量到物體14的距離的方法的流程圖或算法，并且圖3-6提供物體14的各種視覺顯示38和三維圖像來說明該方法。在框50，操作員將拍攝裝置16安置在相對于物體14的位置處。在框52，各種設(shè)置在拍攝裝置16中自動或手動地建立以提高在該位置處物體14的視頻捕獲。例如，包括在拍攝裝置16中的常規(guī)的操作規(guī)程或編程可用于自動建立各種設(shè)置，例如燈26的亮度、開門22的速度、聚焦、增益以及拍攝裝置16中可用的各種其他光學(xué)設(shè)置。備選地，或另外，如期望的話，操作員可手動建立或改寫設(shè)置中的任何設(shè)置。在框54，拍攝裝置16確定設(shè)置并且對控制器18生成反映設(shè)置的一個或多個信號。例如，如先前描述的，拍攝裝置16可對控制器18生成光信號30、曝光信號32和/或增益信號34。在菱形56處，控制器18將一個或多個信號30、32、34與一個或多個預(yù)定極限比較并且生成反映可從由位置處的拍攝裝置16捕獲的物體14的一個或多個圖像獲得的距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度的信號36。在框58，信號36生成反映信號36并且從而反映預(yù)計準(zhǔn)確度的指示(例如，視覺或聽覺)。例如，如在圖3中示出的，取景器40中的視覺38反映從由位置處的拍攝裝置16捕獲的物體14的一個或多個圖像獲得的任何距離測量的相對低的預(yù)計準(zhǔn)確度。因此，操作員可通過將拍攝裝置16重新安置到新的位置而在框50從頭到尾開始方法，如由圖2中的線60指示的。相比之下，在圖5中示出的取景器40中的視覺顯示38反映從由位置處的拍攝裝置16捕獲的物體14的一個或多個圖像獲得的任何距離測量的相對 高的預(yù)計準(zhǔn)確度。因此，操作員可繼續(xù)另外的圖像捕獲并且計算到物體14的距離。在框62，系統(tǒng)10捕獲物體14的一個或多個圖像，并且在框64，系統(tǒng)10使用捕獲的圖像來確定或計算到物體14的一個或多個距離。例如，系統(tǒng)10可多方面地使用稱作三角測量、立體測量和/或三維攝影的一個或多個技術(shù)，但特定測量技術(shù)不是本發(fā)明的限制，除非在權(quán)利要求中有具體列舉。圖4提供由系統(tǒng)10基于在圖3中描繪的條件產(chǎn)生的物體14的示范性三維圖像66。如在圖4中示出的，到物體14的計算的距離是相對不準(zhǔn)確的，從而產(chǎn)生相應(yīng)不準(zhǔn)確的三維圖像66，其包括大量的噪聲以及其他不準(zhǔn)確測量或物體14的表面的輪廓的標(biāo)記。相比之下，圖6提供由系統(tǒng)10基于在圖5中描繪的條件產(chǎn)生的物體14的示范性三維圖像66。如在圖6中示出的，到物體14的計算的距離是相對準(zhǔn)確的，從而產(chǎn)生相應(yīng)準(zhǔn)確的三維圖像66，其更緊密接近物體14的輪廓。因此，本發(fā)明的各種系統(tǒng)和方法在操作員繼續(xù)進(jìn)行耗時且可能昂貴的圖像捕獲和距離計算過程之前提供給操作員距離測量的預(yù)計準(zhǔn)確度的指示，從而允許操作員重新安置或調(diào)整拍攝裝置16來實現(xiàn)期望的準(zhǔn)確度。該書面說明使用示例以公開本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果它們包括不與權(quán)利要求的書面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于測量到物體(14)的距離(12)的系統(tǒng)(10)，包括 a.安置在位置處的拍攝裝置(16); b.由所述位置處的所述拍攝裝置(16)生成的至少一個信號(30，32，34)，其中所述至少一個信號(30，32，34)反映所述拍攝裝置(16)的設(shè)置； c.操作地連接到所述拍攝裝置(16)的控制器(18)，其中所述控制器(18)接收所述至少一個信號(30，32，34)并且基于所述至少一個信號(30，32，34)生成準(zhǔn)確度信號(36)，其中所述準(zhǔn)確度信號(36)反映從由所述位置處的所述拍攝裝置(16)捕獲的所述物體(14)的一個或多個圖像獲得的距離(12)測量的預(yù)計準(zhǔn)確度；以及 d.操作地連接到所述控制器(18)的指示器(38，42)，其中所述指示器(38，42)提供反映所述準(zhǔn)確度信號(36)的指示。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(10)，其進(jìn)一步包括預(yù)定極限，其中所述控制器(18)將所述至少一個信號(30，32，34)與所述預(yù)定極限比較。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項所述的系統(tǒng)(10)，其中所述指示包括視覺顯示(38)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的系統(tǒng)(10)，其中所述指示包括聲音(42)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的系統(tǒng)(10),其中所述至少一個信號(32,34)反映所述位置處的所述拍攝裝置(16)的曝光設(shè)置或增益設(shè)置中的至少一個。
6.如權(quán)利要求1-5任一項所述的系統(tǒng)(10)，其進(jìn)一步包括操作地連接到所述拍攝裝置(16)的燈(26)。
7.一種用于測量到物體(14)的距離(12)的方法，包括 a.將拍攝裝置(16)安置在相對于所述物體(14)的位置處； b.生成指示從由所述位置處的所述拍攝裝置(16)捕獲的所述物體(14)的一個或多個圖像獲得的距離(12)測量的預(yù)計準(zhǔn)確度的信號(36)； c.提供反映所述信號(36)的指示(38，42); d.在所述位置處捕獲所述物體(14)的一個或多個圖像；以及 e.基于在所述位置處所述物體(14)的一個或多個捕獲的圖像計算到所述物體(14)的距離(12)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括顯示反映所述信號(36)的視覺指示(38)。
9.如權(quán)利要求7-8中任一項所述的方法，其進(jìn)一步包括生成反映所述信號(36)的音頻指示(42)。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項所述的方法，其進(jìn)一步包括確定所述位置處的所述拍攝裝置(16)的曝光設(shè)置或增益設(shè)置中的至少一個。
11.如權(quán)利要求7-10中任一項所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述位置處的所述拍攝裝置(16)的曝光設(shè)置或增益設(shè)置中的至少一個與預(yù)定極限比較。
12.如權(quán)利要求7-11中任一項所述的方法，其進(jìn)一步包括基于所述位置處的所述拍攝裝置(16)的曝光設(shè)置或增益設(shè)置中的至少一個生成所述信號(36)。
13.如權(quán)利要求7-12中任一項所述的方法，其進(jìn)一步包括生成所述物體(14)的三維圖像(66)。
14.如權(quán)利要求7-13中任一項所述的方法，其進(jìn)一步包括照亮所述物體(14)。
全文摘要
本公開涉及用于測量到物體距離的系統(tǒng)和方法。用于測量到物體(14)的距離(12)的系統(tǒng)(10)包括安置在位置處的拍攝裝置(16)和由該拍攝裝置(16)生成的反映拍攝裝置設(shè)置的信號(30，32，34)。操作地連接到該拍攝裝置(16)的控制器(18)接收信號(30，32，34)并且基于信號(30，32，34)生成準(zhǔn)確度信號(36)。該準(zhǔn)確度信號(36)反映距離(12)測量的預(yù)計準(zhǔn)確度。操作地連接到控制器(18)的指示器(38，42)提供反映準(zhǔn)確度信號(36)的指示。用于測量到物體(14)的距離(12)的方法包括安置拍攝裝置(16)并且生成反映距離(12)測量的預(yù)計準(zhǔn)確度的信號(36)。該方法進(jìn)一步包括提供反映信號(36)的指示(38，42)、在該位置處捕獲物體(14)的一個或多個圖像以及基于在該位置處物體(14)的一個或多個捕獲的圖像來計算到物體(14)的距離(12)。
文檔編號H04N5/232GK102818555SQ20121018599
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者C.A.本達(dá)爾, D.Hj麥克隆 申請人:通用電氣公司