立體距離測定方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種立體距離測定方法及其系統(tǒng)，主要通過步驟包含有提供至少一形成一投射平面的光線組以投射至一待測物體表面，該光線組包含有多個分別以一預設的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測物體表面形成檢測點的光束線；由該待測物體表面反射的該光線組的光束線通過一聚焦元件的焦點而于一感光記憶元件形成一感測影像；根據(jù)該感光記憶元件上每個該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點位置得到相對應的第二路徑函數(shù)；以及計算該每一相對應第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點位置即該待測物體的檢測點的空間位置。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種距離測定方法及其系統(tǒng)，尤其涉及一種利用光學影像運算的立體 距離測定方法及其系統(tǒng)。 立體距離測定方法及其系統(tǒng)

【背景技術】
[0002] 常用的距離測量方式，包含有直接測量法以及間接測量法。在直接測量法方面，量 測者可以直接以尺具量測物體與物體之間的距離，而此種測量方法往往因為量測者的操作 方式不同而產(chǎn)生誤差。而間接測量法方面，可以使用標竿配合儀器來進行測量，通過計算其 對應角度推算出物體與物體之間的距離。雖然此種方式的準確度較直接使用尺具量測高， 但仍因場地以及兩個量測者等限制，在實際操作上仍有不便的地方。
[0003] 近年來，許多其他距離檢測方式被開發(fā)出來，例如使用聲波、無線電波或者激光 等。其中，激光距離測量方式因為具有準確度高、能清楚標定檢測點、量測方便等優(yōu)點，被廣 泛應用于交通、建筑、地形勘測等方面。以激光測距儀（laser rangefinder)為例，其基本 原理是以一激光發(fā)射器對目標物射出一激光束，再通過一激光接收器以接收由該目標物反 射回來的信號，將取得的信號進行計算分析發(fā)出激光束與接收反射信號之間的時間差，可 求得激光測距儀與目標物之間的距離。然而，一般激光測距儀一次只能測量單一目標點與 激光測距儀的距離，無法針對多個檢測點進行檢測點之間的距離測量，仍限制了激光測距 方式的應用領域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的，在于解決傳統(tǒng)激光測距儀無法進行多個檢測點之間進行距離 測量的問題。為達上述目的，本發(fā)明提供一種立體距離測定系統(tǒng)，包括有一光源發(fā)射裝置， 一聚焦元件，一感光記憶元件，以及一電性連接于該感光記憶元件的運算單元。該光源發(fā)射 裝置發(fā)射至少一形成一投射平面的光線組以投射至一待測物體表面，該光線組包含有多個 分別以一預設的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測物體表面形成檢測點的光束 線。該聚焦元件包含有一供該待測物體表面反射的該光線組的光束線通過的焦點。該感光 記憶元件接收通過該聚焦元件的焦點的光線組的光束線并形成一感測影像。該運算單元取 得該感光記憶元件的感測影像，根據(jù)該感光記憶元件上每個該光束線成像位置與該聚焦元 件的焦點位置得到相對應的第二路徑函數(shù)，計算該每一相對應第一路徑函數(shù)與該第二路徑 函數(shù)的交點位置。
[0005] 于一實施例中，該光源發(fā)射裝置包含有一以一發(fā)光路徑射出該光線組的發(fā)光源， 以及一位于該發(fā)光路徑上的第一繞射光學元件。該光源發(fā)射裝置包含有一位于該發(fā)光源與 該第一繞射光學元件之間發(fā)光路徑的第二繞射光學元件。
[0006] 于一實施例中，該光線組投射出的光束線具有一供該運算單元解讀的圖形碼。
[0007] 于一實施例中，該聚焦元件的焦點位于該投射平面上。
[0008] 于一實施例中，該多個該光線組所形成的多個投射平面相互交集于一相交軸上， 該相交軸通過該聚焦元件的焦點。該光源發(fā)射裝置包含有一以一發(fā)光路徑射出該光線組的 發(fā)光源，以及一位于該發(fā)光路徑的第一繞射光學元件，該投射平面相互交集的相交軸通過 該第一繞射光學兀件。
[0009] 于一實施例中，該立體距離測定系統(tǒng)更包含有一設置于該聚焦元件與該待測物體 表面之間的濾鏡，該濾鏡容許只有該光束線頻率的光線進入該聚焦元件。
[0010] 于一實施例中，該立體距離測定系統(tǒng)更包含有一容設該光源發(fā)射器、該聚焦元件、 該感光記憶體以及該運算單元的殼體。
[0011] 本發(fā)明更提供一種立體距離測定方法，包含步驟有：
[0012] 步驟a):提供至少一形成一投射平面的光線組以投射至一待測物體表面，該光線 組包含有多個分別以一預設的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測物體表面形成 檢測點的光束線；
[0013] 步驟b):由該待測物體表面反射的該光線組的光束線通過一聚焦元件的焦點而 于一感光記憶元件形成一感測影像；
[0014] 步驟c):根據(jù)該感光記憶元件上每個該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點位 置得到相對應的第二路徑函數(shù)；以及
[0015] 步驟d):計算該每一相對應第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點位置即該待 測物體的檢測點的空間位置。
[0016] 于一實施例中，該步驟b)中更包含有容許只有該光束線頻率的光線進入該聚焦 元件的步驟。
[0017] 于一實施例中，該立體距離測定方法更包含步驟f):通過該感光記憶元件取得由 該待測物體表面反射的自然光影像。
[0018] 于一實施例中，該立體距離測定方法于該步驟b)與該步驟c)之間更包含有比對 步驟f)該感光記憶元件的自然光影像以及步驟b)該感光記憶元件的感測影像，取得一只 有該光線組的影像的步驟。
[0019] 于一實施例中，該立體距離測定方法更包含步驟e):根據(jù)不同該待測物體檢測點 的空間位置以計算出該不同檢測點之間的距離。
[0020] 本發(fā)明立體距離測定方法及其系統(tǒng)的特點在于：
[0021] 1、通過射出具有多個一直線排列的光束線以形成一投射平面的光線組至一待測 物體表面，該一直線排列的光束線反射通過一聚焦元件的焦點而于一感光記憶元件形成一 感測影像，該感測影像中，單一光線組的光束線仍以相同順序一直線排列。
[0022] 2、藉由光束線預設的該第一路徑函數(shù)，以及根據(jù)該感光記憶元件上該光束線成像 位置與該聚焦元件的焦點位置得到相對應的第二路徑函數(shù)，計算出該第一路徑函數(shù)與該第 二路徑函數(shù)的交點位置即可取得該待測物體的檢測點的空間位置。
[0023] 3、本發(fā)明僅須利用單次將感測影像成像于該感光記憶元件，即可取得該待測物體 的每個檢測點的空間位置，進而取得每個檢測點之間的相對距離，而達到立體距離測量的 效果。
[0024] 以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1，為本發(fā)明立體距離測定方法一實施例的步驟流程示意圖；
[0026] 圖2,為本發(fā)明立體距離測定系統(tǒng)一實施例的平面光路架構示意圖；
[0027] 圖3,為本發(fā)明立體距離測定系統(tǒng)一提高分辨率實施例的光源發(fā)射裝置元件示意 圖；
[0028] 圖4,為本發(fā)明立體距離測定系統(tǒng)一實施例的座標化單一光束線光路架構示意 圖；
[0029] 圖5,為本發(fā)明立體距離測定系統(tǒng)一實施例的立體光路架構示意圖；
[0030] 圖6,為本發(fā)明立體距離測定系統(tǒng)一實施例的感光記憶元件的感測影像成像示意 圖。

【具體實施方式】
[0031] 涉及本發(fā)明的詳細說明及技術內(nèi)容，現(xiàn)就配合【專利附圖】

【附圖說明】如下：
[0032] 請參閱圖1，為本發(fā)明立體距離測定方法的步驟流程示意圖，如圖所示：本發(fā)明揭 露一種立體距離測定方法，包含步驟有：步驟a):投射一光線組至一待測物體表面（S10); 將至少一形成一投射平面的光線組投射至一待測物體表面，該光線組包含有多個分別以一 預設的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測物體表面形成檢測點的光束線。步驟 b):反射該光線組通過一焦點而成像于一感光記憶元件（S20);由該待測物體表面反射的 該光線組的光束線通過一聚焦元件的焦點而于一感光記憶元件形成一感測影像。步驟c): 得到每個光束線反射的路徑函數(shù)（S30);根據(jù)該感光記憶元件上每個該光束線成像位置與 該聚焦元件的焦點位置得到相對應的第二路徑函數(shù)。步驟d):計算出該待測物體的檢測點 的空間位置（S40);計算該每一相對應第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點位置即該待 測物體的檢測點的空間位置。當完成步驟d)后，使用者可以選擇性進行步驟e):根據(jù)不同 該待測物體檢測點的空間位置以計算出該不同檢測點之間的距離（S50)。
[0033] 另一方面，請參閱圖2,為本發(fā)明立體距離測定系統(tǒng)的平面光路架構示意圖，如圖 所示：本發(fā)明揭露一種立體距離測定系統(tǒng)，包括有一光源發(fā)射裝置10,一聚焦元件，一感光 記憶元件30,以及一電性連接于該感光記憶元件30的運算單元40。該光源發(fā)射裝置10發(fā) 射至少一形成一投射平面的光線組11以投射至一待測物體50表面，該光線組11包含有 多個分別以一預設的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測物體50表面形成檢測點 PI、P2的光束線12a、12b。于本實施例中，該光源發(fā)射裝置10包含有一以一發(fā)光路徑R射 出該光線組11的發(fā)光源13,以及一位于該發(fā)光路徑R上的第一繞射光學元件14。該發(fā)光源 13所射出的光線為激光。該聚焦元件包含有一供該待測物體50表面反射的該光線組11的 光束線12a、12b通過的焦點21。該感光記憶元件30接收通過該聚焦元件焦點21的光線組 11的光束線12a、12b并形成一感測影像。該運算單元40取得該感光記憶元件30接收的該 感測影像，該運算單元40可以通過數(shù)碼影像的影像處理方法找出各每個該光束線12a、12b 在該感測影像的光點，根據(jù)該感光記憶元件30上每個該光束線12a、12b成像位置與該聚焦 元件焦點21位置得到相對應的第二路徑函數(shù)，計算該每一相對應第一路徑函數(shù)與該第二 路徑函數(shù)的交點位置。本發(fā)明的立體距離測定系統(tǒng)的各元件可以分開設置，亦可以通過一 殼體將該光源發(fā)射器、該聚焦元件、該感光記憶體以及該運算單元整合于一手持式測定裝 置中。
[0034] 于本發(fā)明中，該感光記憶元件30亦可取得由該待測物體50表面反射的自然光影 像。當進行立體距離測定時，該感光記憶元件30可以連續(xù)取得兩張感測影像，一者為無投 射出光線組的自然光影像，另一者則是具有反射后通過該焦點21的光線組11的感測影像。 該運算單元40將接收自該感光記憶元件30的自然光實景影像以及具有該光線組11成像 的該感測影像相互比對，取得一只有該光線組11中光束線12a、12b的光點信息?；蛘撸?發(fā)明的立體距離測定系統(tǒng)，更可包含一設置于該聚焦元件與該待測物體50表面之間的濾 鏡，該濾鏡容許只有該光束線12a、12b頻率的光線進入該聚焦元件，因此，只有符合該光束 線12a、12b頻率的光線可以成像于該感光記憶元件30上，讓該運算單元40輕易取得光線 組11中光束線12a、12b的光點信息。在取得每個光束線12a、12b的光點信息后，可以利用 自然光實景影像，來判斷每個光點相對應檢測點在實際影像，進而協(xié)助使用者選擇不同檢 測點之間或者單一檢測點距離的依據(jù)。
[0035] 另一方面，本發(fā)明為了能提高分辨率，請參閱圖3所示，該光源發(fā)射裝置10包含有 一位于該發(fā)光源13與該第一繞射光學元件14之間發(fā)光路徑的第二繞射光學元件15以及 一折射鏡16。舉例來說，該第一繞射光學元件14可以繞射出4倍光束線12,該第二繞射光 學元件15則可繞射出2倍光束線，當該發(fā)光源13射出的激光束至該第二繞射光學元件15 后產(chǎn)生4道激光束，由該第二繞射光學元件15產(chǎn)生的激光束經(jīng)過該折射鏡16折射成平行 光束后再進入該第一繞射光學元件14,最后在投射出8道激光束至一待測物體50的表面， 因此能有效提升測量的分辨率。
[0036] 為了能更進一步說明本發(fā)明的量測原理，請參閱圖4所示，為本發(fā)明座標化單一 光束線光路架構示意圖。已知該光線組11的一光束線12的起始座標為（0, 0, 0)，該光束線 12于YZ平面上以第一路徑函數(shù)（1)投射至一待測物體50表面上的檢測點P。該第一路徑 函數(shù)⑴為：

【權利要求】
1. 一種立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，包括有： 一光源發(fā)射裝置，發(fā)射至少一形成一投射平面的光線組以投射至一待測物體表面，該 光線組包含有多個分別以一預設的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測物體表面 形成檢測點的光束線； 一聚焦元件，包含有一供該待測物體表面反射的該光線組的光束線通過的焦點； 一感光記憶元件，接收通過該聚焦元件的焦點的光線組的光束線并形成一感測影像； 以及 一運算單元，電性連接于該感光記憶元件以取得該感測影像，根據(jù)該感光記憶元件上 每個該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點位置得到相對應的第二路徑函數(shù)，計算該每一 相對應第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點位置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，該光源發(fā)射裝置包含有一 以一發(fā)光路徑射出該光線組的發(fā)光源，以及一位于該發(fā)光路徑上的第一繞射光學元件。
3. 根據(jù)權利要求2所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，該光源發(fā)射裝置包含有一 位于該發(fā)光源與該第一繞射光學元件之間發(fā)光路徑的第二繞射光學元件。
4. 根據(jù)權利要求1所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，該光線組投射出的光束線 具有一供該運算單元解讀的圖形碼。
5. 根據(jù)權利要求1所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，該聚焦元件的焦點位于該 投射平面上。
6. 根據(jù)權利要求1所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，所述多個該光線組所形成 的多個投射平面相互交集于一相交軸上，該相交軸通過該聚焦元件的焦點。
7. 根據(jù)權利要求6所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，該光源發(fā)射裝置包含有一 以一發(fā)光路徑射出該光線組的發(fā)光源，以及一位于該發(fā)光路徑的第一繞射光學元件，該投 射平面相互交集的相交軸通過該第一繞射光學元件。
8. 根據(jù)權利要求1所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，更包含有一設置于該聚焦 元件與該待測物體表面之間的濾鏡，該濾鏡容許只有該光束線頻率的光線進入該聚焦元 件。
9. 根據(jù)權利要求1所述的立體距離測定系統(tǒng)，其特征在于，更包含有一容設該光源發(fā) 射器、該聚焦元件、該感光記憶體以及該運算單元的殼體。
10. -種立體距離測定方法，其特征在于，包含步驟有： 步驟a):提供至少一形成一投射平面的光線組以投射至一待測物體表面，該光線組包 含有多個分別以一預設的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測物體表面形成檢測 點的光束線； 步驟b):由該待測物體表面反射的該光線組的光束線通過一聚焦元件的焦點而于一 感光記憶元件形成一感測影像； 步驟c):根據(jù)該感光記憶元件上每個該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點位置得 到相對應的第二路徑函數(shù)；以及 步驟d):計算該每一相對應第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點位置即該待測物 體的檢測點的空間位置。
11. 根據(jù)權利要求10所述的立體距離測定方法，其特征在于，該聚焦元件的焦點位于 該投射平面上。
12. 根據(jù)權利要求10所述的立體距離測定方法，其特征在于，所述多個該光線組所形 成的多個投射平面相互交集于一相交軸上，該相交軸通過該聚焦元件的焦點。
13. 根據(jù)權利要求10所述的立體距離測定方法，其特征在于，更包含有步驟e):根據(jù)不 同該待測物體檢測點的空間位置以計算出該不同檢測點之間的距離。
14. 根據(jù)權利要求10所述立體距離測定方法，其特征在于該步驟b)中，更包含步驟有： 容許只有該光束線頻率的光線進入該聚焦元件。
15. 根據(jù)權利要求10所述的立體距離測定方法，其特征在于更包含步驟f):通過該感 光記憶元件取得由該待測物體表面反射的自然光影像。
16. 根據(jù)權利要求14所述的立體距離測定方法，其特征在于，該步驟b)與該步驟c)之 間更包含步驟有：比對步驟f)該感光記憶元件的自然光影像以及步驟b)該感光記憶元件 的感測影像，取得一只有該光線組的影像。
【文檔編號】G01C3/00GK104061901SQ201310086963
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月19日 優(yōu)先權日:2013年3月19日
【發(fā)明者】陳文宗 申請人:力誠儀器有限公司