專利名稱：測(cè)距方法、測(cè)距系統(tǒng)與其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種測(cè)距技術(shù)，且特別是有關(guān)于一種可對(duì)一待測(cè)物進(jìn)行非接觸的的三維的測(cè)距技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前的測(cè)距儀器可以分為接觸式和非接觸式。其中，所謂的接觸式測(cè)距儀器，也就是傳統(tǒng)的測(cè)距技術(shù)，例如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate Measuring Machine，簡(jiǎn)稱CMM)。雖然接觸式測(cè)量技術(shù)相當(dāng)精確，但是由于必須接觸待測(cè)物的本體，有可能會(huì)導(dǎo)致待測(cè)物遭到測(cè)距儀器的探針的破壞。因此，接觸式測(cè)距裝置不適用于高價(jià)值物件的測(cè)量。相較于傳統(tǒng)的接觸式測(cè)距儀器，非接觸測(cè)距儀器由于運(yùn)作頻率高達(dá)數(shù)百萬(wàn)，因此被使用的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。非接觸測(cè)距技術(shù)又分為主動(dòng)式與被動(dòng)式。所謂的主動(dòng)式非接觸測(cè)距技術(shù)，就是將一能量波投射至待測(cè)物，再借助能量波反射來(lái)計(jì)算待測(cè)物與一參考點(diǎn)之間的距離。常見的能量波包括一般的可見光、高能光束、超音波與X射線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種測(cè)距方法和一種測(cè)距系統(tǒng)，可以對(duì)一待測(cè)物進(jìn)行非接觸的三維測(cè)距。另外，本發(fā)明也提供一種處理方法，可以處理測(cè)距系統(tǒng)中的資料，并且更精確地計(jì)算一待測(cè)物的位置。本發(fā)明提供一種測(cè)距系統(tǒng)，包括一光源模組、一影像擷取裝置和一處理模組。光源模組會(huì)向在多個(gè)位置點(diǎn)上的參考平面和一待測(cè)物投射具有一斑點(diǎn)圖樣的面光源，使得在每一位置點(diǎn)的參考平面和待測(cè)物朝向光源模組的表面都會(huì)呈現(xiàn)斑點(diǎn)圖樣的影像，而此斑點(diǎn)圖樣具有多個(gè)斑點(diǎn)。此時(shí)，影像擷取裝置會(huì)擷取各位置點(diǎn)上的參考平面上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像，而產(chǎn)生多個(gè)參考影像信息。另外，影像擷取裝置也會(huì)擷取待測(cè)物上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像，而產(chǎn)生一待測(cè)影像信息。而這些參考影像信息和待測(cè)影像信息會(huì)送至處理模組， 使得處理模組會(huì)將這些參考影像信息和待測(cè)影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果。借此，處理模組就可以將這些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插法運(yùn)算，以計(jì)算出待測(cè)物的位置。從另一觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明還提供一種測(cè)距方法，包括投射具有一斑點(diǎn)圖樣的面光源到在多個(gè)位置點(diǎn)上的參考平面和一待測(cè)物上，以使在這些位置點(diǎn)上的參考表面和待測(cè)物朝向面光源的表面上呈現(xiàn)斑點(diǎn)圖樣的影像，而此斑點(diǎn)圖樣具有多個(gè)斑點(diǎn)。接著，擷取每一位置點(diǎn)的參考平面上的斑點(diǎn)圖樣的影像，以獲得多個(gè)參考影像信息，并且擷取待測(cè)物上的斑點(diǎn)圖樣的影像，以獲得一待測(cè)影物像信息。借此，本發(fā)明會(huì)將這些參考影像信息與待測(cè)物影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果。此時(shí)，將這些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行一內(nèi)插法運(yùn)算，以計(jì)算出待測(cè)物的位置。從另一觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明更提供一種處理方法，包括接收多個(gè)參考影像信息，是由在多個(gè)位置點(diǎn)上的參考平面反射一面光源所投射的斑點(diǎn)圖樣而呈現(xiàn)的影像，而此斑點(diǎn)圖樣具有多個(gè)斑點(diǎn)。另外，接收一待測(cè)影像信息，其是一待測(cè)物朝向面光源的表面上所呈現(xiàn)斑點(diǎn)圖樣的影像。接著，將此待測(cè)物影像信息與每一參考影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果。此時(shí)，本發(fā)明可以將這些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插法運(yùn)算，以計(jì)算出待測(cè)物的位置。由于本發(fā)明是依據(jù)投射在參考平面和待測(cè)物上的斑點(diǎn)圖樣的影像來(lái)進(jìn)行測(cè)距，因此可以實(shí)現(xiàn)非接觸的三維測(cè)距技術(shù)。另外，本發(fā)明會(huì)將待測(cè)物影像信息與參考影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果，并且將這些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插法運(yùn)算。借此，就可以更精確地測(cè)量待測(cè)物的位置。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例， 并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1繪示為依照本發(fā)明第--實(shí)施例的--種測(cè)距系統(tǒng)的示意圖。
圖2A-2D是繪示與一參考點(diǎn)相距70、75、80和85公分的參考平面上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像。
圖3繪示為依照本發(fā)明的--較佳實(shí)施例的一種在待測(cè)物的一表面上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣影像的示意圖。
圖4繪示為依照本發(fā)明第二二實(shí)施例的--種測(cè)距系統(tǒng)的示意圖。
圖5繪示為依照本發(fā)明第三三實(shí)施例的--種測(cè)距系統(tǒng)的示意圖。
圖6繪示為依照本發(fā)明第--實(shí)施例的--種測(cè)距方法的步驟流程圖。
圖7繪示為依照本發(fā)明第二二實(shí)施例的--種測(cè)距方法的步驟流程圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明
100、400、500 測(cè)距系統(tǒng)
102 光源模組
104 影像擷取裝置
122、124、126 參考平面
132 待測(cè)物
302,304 待測(cè)物的一表面
402 透鏡
404 分光元件
AX-AX ’ 光軸
IMGob 待測(cè)物影像信息
IMGjl:n]、IMGr[k-1]、IMGr[k]、IMGr [k+1]:參考影像信息
0 參考點(diǎn)
S602、S604、S606、S608、S610、S612、S702、S704、S706、S708、S710、S712 測(cè)距方法的步驟流程
具體實(shí)施例方式
圖1繪示為依照本發(fā)明第一實(shí)施例的一種測(cè)距系統(tǒng)的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例所提供的測(cè)距系統(tǒng)100，包括光源模組102、影像擷取裝置104和處理模組106。光源模組102可以提供一面光源，并且向一檢測(cè)范圍投射一斑點(diǎn)圖樣。另外，影像擷取裝置104可以耦接處理模組106。在本實(shí)施例中，光源模組102包括激光光源112和擴(kuò)散元件114。其中，激光光源 112可以是氣體激光，例如是氦氖激光，亦或是半導(dǎo)體激光。另外，擴(kuò)散元件114可以是擴(kuò)散片、毛玻璃或其它的繞射元件。當(dāng)激光光源112所發(fā)出的激光光束116打在擴(kuò)散元件114 上時(shí)，會(huì)在擴(kuò)散元件114中產(chǎn)生繞射和干射，而產(chǎn)生一面光源。請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1，在本實(shí)施例中，光源模組102可以將斑點(diǎn)圖樣投射在至少一參考平面上。在本實(shí)施例中，光源模組102會(huì)將斑點(diǎn)圖樣投射在參考平面122、1M和1 上，而這些參考平面122、124和1 分別位于不同的位置點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，這些參考平面在一可視范圍內(nèi)彼此會(huì)互相平行。而在一些選擇實(shí)施例中，每一參考平面所在的位置點(diǎn)與下一參考平面所在的位置點(diǎn)之間的距離都是相同的，只是，本發(fā)明并不以此為限。另外，在本實(shí)施例中，參考平面122、1M和1 大致上可以垂直激光光束116，也就是光源模組102所產(chǎn)生的面光源的光軸AX-AX’。當(dāng)斑點(diǎn)圖樣被投射到這些參考平面上時(shí)，每一參考平面就會(huì)反射面光源而呈現(xiàn)斑點(diǎn)圖樣的影像，就如圖2所示。圖2A-2D是繪示與一參考點(diǎn)相距70、75、80和85公分的參考平面上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像。從圖2中可以看出，斑點(diǎn)圖樣的影像具有多個(gè)斑點(diǎn)。此時(shí)，影像擷取裝置104就會(huì)擷取在每一參考平面122、124和1 上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像，并且產(chǎn)生多個(gè)參考影像信息IMGr[l:n]給處理模組106，其中η為大于1正整數(shù)。在本實(shí)施例中，影像擷取裝置104可以是攝影機(jī)或是電荷耦合元件。另外，處理模組106可以是一電腦系統(tǒng)或是一處理方法，可以用來(lái)解析一待測(cè)物的位置，詳細(xì)的原理在以下各段中將有說(shuō)明。在一些實(shí)施例中，影像擷取裝置104的位置是放置在參考點(diǎn)0上，并放置在光軸 ΑΧ-ΑΧ’的一側(cè)。從圖2A-2D中可以得知，每一斑點(diǎn)在不同參考平面上的位置會(huì)不一樣。為了能夠確認(rèn)每一斑點(diǎn)的位置，本實(shí)施例是利用各斑點(diǎn)在不同參考平面上的亮度當(dāng)作參考。 也就是說(shuō)，當(dāng)斑點(diǎn)愈靠近光軸ΑΧ-ΑΧ’，則亮度愈亮。相對(duì)地，當(dāng)斑點(diǎn)的位置隨著不同的參考平面而漸漸遠(yuǎn)離光軸ΑΧ-ΑΧ’時(shí)，則亮度也會(huì)隨的降低。借助測(cè)量每一參考平面上各斑點(diǎn)的亮度，就可以獲得各斑點(diǎn)在不同參考平面上的位置。由于環(huán)境光會(huì)對(duì)斑點(diǎn)的亮度造成影響，而使處理模組106造成誤判。因此，在一些實(shí)施例中，處理模組106可以先將所有斑點(diǎn)的亮度進(jìn)行正規(guī)化運(yùn)算，以去除環(huán)境亮度的影響。而在另外一些實(shí)施例中，處理模組106也可以先計(jì)算每一斑點(diǎn)與周圍斑點(diǎn)的亮度關(guān)系， 而建立各斑點(diǎn)的亮度信息。接著，利用各斑點(diǎn)的亮度信息來(lái)取代亮度值進(jìn)行運(yùn)算，同樣也可以去除環(huán)境亮度的影響。請(qǐng)回頭參照?qǐng)D1，當(dāng)一待測(cè)物132進(jìn)入檢測(cè)范圍中時(shí)，其朝向面光源的表面上會(huì)反射面光源，而呈現(xiàn)斑點(diǎn)圖樣的影像，如圖3所示。圖3繪示為依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種在待測(cè)物的一表面上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣影像的示意圖。在圖3中，區(qū)域302和304中的影像，即是待測(cè)物126朝向面光源的表面上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像。此時(shí)，影像擷取裝置104會(huì)擷取待測(cè)物132上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像，并且產(chǎn)生一待測(cè)物影像信息IMGqb給處理模組106。當(dāng)處理模組106收到待測(cè)物影像信息IMGqb后，會(huì)將其與的前所獲得的參考影像信息IMGJl :n]比對(duì)，并且獲得多個(gè)相似度值，當(dāng)作多個(gè)比對(duì)結(jié)果。此時(shí)，處理模組106會(huì)從所獲得的相似度值中取最高的M個(gè)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，其中M為大于等于2的正整數(shù)。在本實(shí)施例中，處理模組106是從所獲得的相似度值中取三個(gè)最高值當(dāng)作候選值，并且計(jì)算出這三個(gè)候選值的比例。接著，處理模組106可以依據(jù)這三個(gè)候選值的比例，來(lái)進(jìn)行內(nèi)插法運(yùn)算。在一些選擇實(shí)施例中，內(nèi)插法運(yùn)算式可以如下所示
權(quán)利要求
1.一種測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，其包括一個(gè)光源模組，向在多個(gè)位置點(diǎn)上的參考平面和一個(gè)待測(cè)物投射具有一斑點(diǎn)圖樣的面光源，使得每一該些位置點(diǎn)上的參考平面和該待測(cè)物朝向該光源模組的表面呈現(xiàn)該斑點(diǎn)圖樣的影像，其中該斑點(diǎn)圖樣具有多個(gè)斑點(diǎn)；一個(gè)影像擷取裝置，擷取各該位置點(diǎn)的參考平面上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像，而產(chǎn)生多個(gè)參考影像信息，并擷取該待測(cè)物上所呈現(xiàn)的斑點(diǎn)圖樣的影像，而產(chǎn)生一個(gè)待測(cè)影像信息；以及一個(gè)處理模組，耦接該影像擷取裝置，以將該些參考影像信息和該待測(cè)影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果，且該處理模組更將該些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插法的運(yùn)算，以計(jì)算出該待測(cè)物的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于該光源模組包括 激光光源，發(fā)射激光光束；以及一個(gè)擴(kuò)散元件，放置在該激光光束行進(jìn)的路徑上，以接受該激光光束，且該激光光束在該擴(kuò)散元件中會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象和繞射現(xiàn)象，而產(chǎn)生該面光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)距系統(tǒng)，其中每一個(gè)該些位置點(diǎn)與下一個(gè)位置點(diǎn)的距離皆相同。
4.一種測(cè)距方法，其特征在于，其包括下列步驟投射具有斑點(diǎn)圖樣的面光源到多個(gè)位置點(diǎn)上的參考平面和一個(gè)待測(cè)物上，以使該些位置點(diǎn)上的參考表面和該待測(cè)物朝向該面光源的表面上呈現(xiàn)該斑點(diǎn)圖樣的影像，而該斑點(diǎn)圖樣具有多個(gè)斑點(diǎn)；擷取每一個(gè)該些位置點(diǎn)上的參考平面上的斑點(diǎn)圖樣的影像，以獲得多個(gè)參考影像信息；擷取該待測(cè)物上的斑點(diǎn)圖樣的影像，以獲得待測(cè)影物像信息； 比較該些參考影像信息和該待測(cè)影像信息而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果；以及將該些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插法運(yùn)算，而計(jì)算出該待測(cè)物的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)距方法，其特征在于，獲得該些比對(duì)結(jié)果的步驟，包括將該待測(cè)影像信息分別與該些參考影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)相似度值，當(dāng)作該些比對(duì)結(jié)^ ο
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)距方法，其特征在于，進(jìn)行該內(nèi)插法運(yùn)算的步驟包括下列步驟找出該些相似度值中最高的至少兩個(gè)；以及將該些最高的相似度值之間的比例進(jìn)行該內(nèi)插法運(yùn)算，而計(jì)算出該待測(cè)物的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)距方法，其中獲得該些比對(duì)結(jié)果的步驟包括下列步驟比較每一該些斑點(diǎn)分別在各該位置點(diǎn)的參考平面上的位置，而獲各該斑點(diǎn)的多個(gè)位移向量；以及將該待測(cè)物影像信息分別與該些參考影像信息比對(duì)，以依據(jù)每一個(gè)該些斑點(diǎn)的位移向量，而計(jì)算出該待測(cè)物的多個(gè)估測(cè)位置，并將該些估測(cè)位置當(dāng)作該些比對(duì)結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)距方法，其特征在于，更包括下列步驟 將該些斑點(diǎn)的亮度進(jìn)行正規(guī)化的處理，以去除環(huán)境亮度的影響；依據(jù)每一個(gè)該些斑點(diǎn)在不同位置點(diǎn)的參考平面上的亮度，而計(jì)算出各斑點(diǎn)在該些參考影像信息中的位置；以及將在該待測(cè)物影像信息中每一個(gè)該些斑點(diǎn)的位置，與該些參考影像信息中各斑點(diǎn)的位置進(jìn)行比對(duì)，而獲得該些比對(duì)結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)距方法，更包括下列步驟比對(duì)每一個(gè)該些斑點(diǎn)與周圍斑點(diǎn)的亮度關(guān)系，而建立各斑點(diǎn)的亮度信息； 依據(jù)該些亮度信息，而計(jì)算出各斑點(diǎn)在該些參考影像信息中的位置；以及將在該待測(cè)物影像信息中每一該些斑點(diǎn)的位置，與該些參考影像信息中各斑點(diǎn)的位置進(jìn)行比對(duì)，而獲得該些比對(duì)結(jié)果。
10.一種處理方法，應(yīng)用在測(cè)距系統(tǒng)中解析待測(cè)物的位置，其特征在于，該處理方法包括執(zhí)行下列步驟接收多個(gè)參考影像信息，是由在多個(gè)位置點(diǎn)上的參考平面反射一個(gè)面光源所投射的斑點(diǎn)圖樣而呈現(xiàn)的影像，而該斑點(diǎn)圖樣具有多個(gè)斑點(diǎn)；接收一個(gè)待測(cè)影像信息，是一個(gè)待測(cè)物朝向該面光源的表面上所呈現(xiàn)該斑點(diǎn)圖樣的影像；比較該待測(cè)物影像信息和該些參考影像信息，而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果；以及將該些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插法運(yùn)算，而計(jì)算出該待測(cè)物的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的處理方法，其特征在于，獲得該些比對(duì)結(jié)果的步驟，包括將該待測(cè)影像信息分別與該些參考影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)相似度值，以當(dāng)作該些計(jì)晳社里
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的處理方法，其特征在于，進(jìn)行該內(nèi)插法運(yùn)算的步驟，包括下列步驟找出該些相似度值中最高的至少二個(gè)；以及將該些最高的相似度值之間的比例進(jìn)行該內(nèi)插法運(yùn)算，而計(jì)算出該待測(cè)物的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的處理方法，其特征在于，獲得該些比對(duì)結(jié)果的步驟包括下列步驟比較每一個(gè)該些斑點(diǎn)分別在各該位置點(diǎn)的參考平面上的位置，而獲得各斑點(diǎn)的多個(gè)位移向量；以及將該待測(cè)物影像信息分別與該些參考影像信息比對(duì)，以依據(jù)每一個(gè)該些斑點(diǎn)的位移向量，而計(jì)算出該待測(cè)物的多個(gè)估測(cè)位置，并將該些估測(cè)位置當(dāng)作該些比對(duì)結(jié)果。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的處理方法，其特征在于，更包括執(zhí)行下列步驟 將該些斑點(diǎn)的亮度進(jìn)行正規(guī)化的處理，以去除環(huán)境亮度的影響；依據(jù)每一個(gè)該些斑點(diǎn)在不同位置點(diǎn)上的參考平面上的亮度，而計(jì)算出各斑點(diǎn)在該些參考影像信息中的位置；以及將在該待測(cè)物影像信息中每一個(gè)該些斑點(diǎn)的位置，與該些參考影像信息中各斑點(diǎn)的位置進(jìn)行比對(duì)，而獲得該些比對(duì)結(jié)果。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的處理方法，其特征在于，更包括執(zhí)行下列步驟 比對(duì)每一個(gè)該些斑點(diǎn)與周圍斑點(diǎn)的亮度關(guān)系，而建立各斑點(diǎn)的亮度信息； 依據(jù)該些亮度信息，而計(jì)算出各斑點(diǎn)在該些參考影像信息中的位置；以及將在該待測(cè)物影像信息中每一個(gè)該些斑點(diǎn)的位置，與該些參考影像信息中各斑點(diǎn)的位置進(jìn)行比對(duì)，而獲得該些比對(duì)結(jié)果。
全文摘要
一種測(cè)距方法，包括投射具有一斑點(diǎn)圖樣的面光源到一或多個(gè)參考平面和一待測(cè)物上，以使參考表面和待測(cè)物朝向該面光源的表面上呈現(xiàn)斑點(diǎn)圖樣的影像，而此斑點(diǎn)圖樣具有多個(gè)斑點(diǎn)。接著，擷取每一參考平面上的斑點(diǎn)圖樣的影像，以獲得多個(gè)參考影像信息，并且擷取待測(cè)物上的斑點(diǎn)圖樣的影像，以獲得一待測(cè)影物像信息。借此，本發(fā)明會(huì)將這些參考影像信息與待測(cè)物影像信息進(jìn)行比對(duì)，而獲得多個(gè)比對(duì)結(jié)果。此時(shí)，將這些比對(duì)結(jié)果進(jìn)行一內(nèi)插法運(yùn)算，以計(jì)算出待測(cè)物的位置。
文檔編號(hào)G01C3/00GK102445179SQ20101050540
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者古人豪, 楊恕先, 陳信嘉, 黃森煌 申請(qǐng)人:原相科技股份有限公司