結(jié)構(gòu)光測距裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種結(jié)構(gòu)光測距裝置。所述裝置包括：向被測空間投射結(jié)構(gòu)光的光源；以及與所述光源之間具有預(yù)定相對空間位置關(guān)系并且包括圖像傳感器、成像透鏡和附加光學(xué)組件的成像裝置，被所述被測空間內(nèi)障礙物反射的結(jié)構(gòu)光經(jīng)由所述附加光學(xué)組件和所述成像透鏡在所述圖像傳感器上成像，其中所述附加光學(xué)組件被設(shè)置為增大所述被測空間內(nèi)特定位置范圍內(nèi)的障礙物的反射光在所述圖像傳感器上的成像比例。優(yōu)選地，所述附加光學(xué)組件還可被設(shè)置為減小被測空間其他位置在圖像傳感器上的成像比例，或是使得空間靈敏度在整個被測空間內(nèi)保持不變。由此，能夠克服深度測量精度隨距離增加而劣化的固有缺陷，提高測距裝置的整體精度。
【專利說明】
結(jié)構(gòu)光測距裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及一種結(jié)構(gòu)光測距裝置，尤其設(shè)及一種利用結(jié)構(gòu)光來測量目標距離 的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了四處行進或者在預(yù)備信息不足的地方執(zhí)行作業(yè)，保潔機器人或自移動機器人 需要具有自主規(guī)劃路徑，檢測障礙物并避免碰撞的能力。為此，測量到障礙物的距離W估算 位置是自移動機器人應(yīng)該具備的基本能力。此外，在例如安保系統(tǒng)的入侵感測系統(tǒng)中，測量 到目標物的距離的能力也是必需的。
[0003] 業(yè)已使用了各種方法來進行上述距離測量。在其中，利用結(jié)構(gòu)光和成像裝置（例 如，相機)進行測距的方法非常有效。該方法所需計算量較小并能用于亮度較小的場所(例 如，陰暗室內(nèi)）。
[0004] 根據(jù)該方法，如圖1所示，利用光源10主動將結(jié)構(gòu)光（例如，線形光）照射到障礙物 30上，并且利用諸如相機的傳感器20獲得反射光的圖像。然后，可W根據(jù)=角法測量法從圖 2A中的圖像高度來計算光發(fā)射位置與障礙物30之間的距離。圖2B-D進一步示出了發(fā)光位置 到障礙物之間距離對成像的影響。采用=角測量法，測量夾角0會隨著檢測距離的加大而迅 速變小。因此，較遠位置處的范圍分辨率(深度測量精度)變差。
[0005] 此外，出于成本的考慮，優(yōu)選結(jié)構(gòu)更為簡單緊湊的測距系統(tǒng)。
[0006] 因此，需要一種能夠解決上述至少一個問題的結(jié)構(gòu)光測距裝置。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 為了解決上述至少一個問題，本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)光測距裝置夠通過簡單 附加光學(xué)組件來均勻化整個被測空間的成像比例，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中被測空間內(nèi)成像精 度不均的問題，并實現(xiàn)現(xiàn)有配置下的精度最大化。
[000引根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種結(jié)構(gòu)光測距裝置，包括：向被測空間投射 結(jié)構(gòu)光的光源；W及與所述光源之間具有預(yù)定相對空間位置關(guān)系并且包括圖像傳感器、成 像透鏡和附加光學(xué)組件的成像裝置，被所述被測空間內(nèi)障礙物反射的結(jié)構(gòu)光經(jīng)由所述附加 光學(xué)組件和所述成像透鏡在所述圖像傳感器上成像，其中所述附加光學(xué)組件被設(shè)置為增大 所述被測空間內(nèi)特定位置范圍內(nèi)的障礙物的反射光在所述圖像傳感器上的成像比例。
[0009] 由此，通過簡單地附加光學(xué)組件來調(diào)整對被測空間的成像比例，就能夠增大被測 空間內(nèi)期望位置內(nèi)的成像比例，由此克服成像精度隨距離增加而降低的固有缺陷，并從整 體上提升測距精度。
[0010] 優(yōu)選地，所述附加光學(xué)組件還被設(shè)置為減小所述被測空間內(nèi)其他位置范圍內(nèi)的障 礙物的反射光在所述圖像傳感器上的成像比例。更為優(yōu)選地，所述附加光學(xué)組件被設(shè)置為 使得所述圖像傳感器豎直方向上的每個像素都代表所述被測空間內(nèi)距所述裝置的相同距 離的變化。
[0011] 運樣，通過進一步均勻化被測空間各處的成像比例，從而能夠在成像裝置配置不 變的情況下實現(xiàn)最大化的精度。
[0012] 優(yōu)選地，附加光學(xué)組件可W用來光學(xué)矯正所述成像裝置固有圖像崎變的至少一部 分，由此降低或是消除數(shù)字矯正的計算負擔。
[0013] 優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)光測距裝置還可W包括圖像矯正裝置，后者用于對經(jīng)由所述附加光 學(xué)組件和所述成像透鏡成像的圖像進行數(shù)字矯正，由此獲取更為精確的計算結(jié)果。
[0014] 優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)光可W是線形激光，用W實現(xiàn)測量精度和成本的平衡。
[0015] 優(yōu)選地，附加光學(xué)組件可W與所述成像透鏡緊密相接W使得所述成像裝置形成一 體化器件。由此，通過僅對現(xiàn)有成像裝置進行小幅改動，就能夠得到提升精度的緊湊設(shè)備。
[0016] 優(yōu)選地，圖像傳感器是被旋轉(zhuǎn)90度放置的逐行掃描圖像傳感器。運樣，由于每一行 僅需緩存若干像素，因此能夠提升計算效率并加快檢測速度。
[0017] 優(yōu)選地，光源包括激光器和二級光學(xué)衍射元件，從所述激光器出射的激光束經(jīng)準 直后入射所述二級光學(xué)衍射元件，得到在福射角方向上經(jīng)拼接的線形激光。由此就能夠獲 得大福射角且強度均勻的線形激光。
[0018] 利用本實用新型的測距裝置，能夠在彌補被測空間遠端測量精度不足的同時保證 測距結(jié)構(gòu)的簡單緊湊，由此實現(xiàn)低成本高精度的測距。
【附圖說明】

[0019] 通過結(jié)合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述，本公開的上述W及其 它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標號 通常代表相同部件。
[0020] 圖1示出了不包括本實用新型所示附加光學(xué)組件的測距系統(tǒng)的側(cè)視圖。
[0021] 圖2A-D示出了計算障礙物深度距離的原理圖。
[0022] 圖3是S角測量法中采用的基本幾何原理的簡化原理圖。
[0023] 圖4示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的測距裝置的示意圖。
[0024] 圖5示出了投射的線形光在圖像傳感器上成像的兩個例子。
[0025] 圖6示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的光源的示意圖。
[0026] 圖7A和7B示出了根據(jù)實用新型的二級光學(xué)衍射元件的示例。
[0027] 圖8示出了根據(jù)本實用新型原理的包括二級衍射元件的光源的最終投影的實拍 圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優(yōu)選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開 的優(yōu)選實施方式，然而應(yīng)該理解，可W W各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被運里闡述的實施方 式所限制。相反，提供運些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_的 范圍完整地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0029] 圖1示出了不包括本實用新型所示附加光學(xué)組件的測距系統(tǒng)的示意圖。圖中的測 距系統(tǒng)包括光源10和成像裝置(例如，相機)20。光源10主動發(fā)射光，光照射到障礙物30上被 反射，并由相機20捕捉并成像關(guān)于障礙物30所反射的圖像的信息。在運里，發(fā)射的光可W是 點光，也可W是任何具有結(jié)構(gòu)的光（即，結(jié)構(gòu)光），例如線形光。優(yōu)選地，光源10可W是激光 源，W保證線形光在被測空間范圍內(nèi)的會聚性。更優(yōu)選地，光源10可W是近紅外激光源，由 此保證測距系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種光照條件而不與可見光相混淆。
[0030] 圖2A-D示出了計算障礙物深度原理的示意圖。參照圖2A，光源10發(fā)出的線形光照 射到障礙物30。運里假設(shè)光源具有視場a(即，福射角a),在實際應(yīng)用中，該福射角可W設(shè)定 在90~150度之間。圖2B示出由相機20獲得的圖像40。由于線性光照射到的障礙物30各處深 度相等(例如，障礙物30可W是垂直于線性光行進方向的豎直墻面），因此障礙物的反射光 在圖像40上仍然呈一條水平直線。相應(yīng)地參考圖2C和圖2D，當障礙物30深度不一致時，則該 障礙物反射光在相機圖像40上呈現(xiàn)為高度不一的線段。即，圖像傳感器上的成像高度（即，y 方向上的值)能夠反應(yīng)傳感器20和障礙物30之間的距離。在此例中，障礙物距離越遠，反射 光成像的高度就越低，在y方向上的值就越小。如下將參考圖3說明如何根據(jù)成像高度來求 取物體到裝置的距離。
[0031] 圖3是=角測量法中采用的基本幾何原理的簡化圖。如圖所示，由光源10發(fā)射出的 光照射到目標物體(例如，圖1中的墻面30)上，所述光在目標物體處反射并進入相機傳感器 的成像平面。光源10發(fā)出的光可W是光點，也可W是諸如線形光的結(jié)構(gòu)光。在對結(jié)構(gòu)光進行 成像的情況下，可W將該結(jié)構(gòu)光看作是多個光點的集合，并且對于一定范圍W內(nèi)的結(jié)構(gòu)光， 仍然可由=角測量法進行距離計算。
[0032] 由此，根據(jù)相似=角形，可W認為測距裝置到物體的距離q被定義為：
[0033]
(1)
[0034] 其中f是相機的焦距，S是光源到相機的基線距離，并且X是成像平面上的視差，即 平行于源束的光線與從物體反射的光線之間的距離。因此，可W根據(jù)從物體反射到圖像中 的光點的位置來確定測距裝置到物體的距離。
[0035] 由于光源相對于成像軸線的角度固定，因此可W根據(jù)=角關(guān)系進一步推導(dǎo)出下 式：
[0036]
(2)
[0037] 由此可知，范圍靈敏度隨著距離的增加迅速下降。運種非線性關(guān)系會導(dǎo)致遠端的 測量精度大幅下降。例如，如果傳感器中對應(yīng)于深度距離的方向上（例如，y方向上)單個像 素的偏移對應(yīng)于Im處的Icm偏移，則傳感器圖像上相同的單像素偏移對應(yīng)于2m處的4cm偏 移，直至5m處的25cm偏移。
[0038] 因此，對于傳統(tǒng)的測距系統(tǒng)，由于范圍靈敏度隨景深深度的增加而迅速下降，會存 在空間靈敏度分布不均的固有缺陷。
[0039] 為了解決上述問題，本實用新型提出了一種結(jié)構(gòu)光測距裝置。圖4示出了根據(jù)本實 用新型一個實施例的測距裝置的示意圖。該裝置包括光源100和成像裝置200。光源100用于 向被測空間投射結(jié)構(gòu)光。該光源可W是發(fā)射線形激光的激光器。成像裝置200與光源100之 間具有預(yù)定相對空間位置關(guān)系。例如，可W具有基線距離S和夾角0。該基線距離S和夾角0能 夠根據(jù)具體應(yīng)用而加W調(diào)整。本實用新型的成像裝置200除了包括常規(guī)的圖像傳感器和成 像透鏡201之外，還包括附加光學(xué)組件202。成像透鏡201可W在圖像傳感器上實現(xiàn)符合上式 (1)和(2)描述的圖像。通過在光路中添加附加光學(xué)組件202,則可W對常規(guī)成像裝置的固有 成像比例進行調(diào)整。
[0040] 在一個實施例中，附加光學(xué)組件202被設(shè)置為增大被測空間內(nèi)特定位置范圍內(nèi)的 障礙物的反射光在圖像傳感器上的成像比例。例如，可W將該附加光學(xué)組件202設(shè)置為增大 被測空間遠端在成像面上的成像比例。更進一步地，還可W將附加光學(xué)組件202設(shè)置為減小 所述被測空間內(nèi)其他位置范圍內(nèi)的障礙物的反射光在所述圖像傳感器上的成像比例。換句 話說，通過在光路中添加附加光學(xué)組件202,可W減緩空間靈敏度隨景深增加的劣化趨勢。
[0041] 圖4的結(jié)構(gòu)光測距裝置還可W包括用于進行控制和運算的處理器。該處理器可W 連接至成像裝置200,并根據(jù)成像裝置200與光源100之間具有預(yù)定相對空間位置關(guān)系、障礙 物在圖像傳感器上的成像、W及由附加光學(xué)組件202調(diào)整后的成像比例來計算障礙物的深 度距離。處理器還可W控制成像裝置的成像，優(yōu)選地，還可W與光源100相連，W控制光源的 結(jié)構(gòu)光投射。
[0042] 在沒有添加本實用新型的附加光學(xué)組件202的常規(guī)配置下（例如，圖1的配置），線 形激光的投影的移動對近處的變化反應(yīng)靈敏(例如，在Im處Icm的移動就能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器對 應(yīng)于深度距離方向上一個像素的移動），對遠處的變化遲純(例如，在5m處需要25cm的移動 才能夠?qū)崿F(xiàn)一個像素的移動）。而在向成像光路添加附加光學(xué)組件202之后，能夠調(diào)整深度 距離與圖像位置的關(guān)系，使得近景變化在圖像傳感器上所占據(jù)的像素數(shù)減小，遠景變化所 占據(jù)的像素數(shù)增大。
[0043] 在一個優(yōu)選實施例中，可W將附加光學(xué)組件202設(shè)置為使得所述圖像傳感器對應(yīng) 于深度距離的方向上(例如，圖2所示的y方向上)的每個像素都代表所述被測空間內(nèi)距所述 裝置的相同距離的變化。也就是說，實現(xiàn)空間靈敏度的均勻分布，其關(guān)系式如下：
[0044]
巧）
[0045] 其中，a是常數(shù)，X'是經(jīng)附加光學(xué)組件202調(diào)整后的新視差。將式（1)帶入上式(3)， 得到d(fs/x)/dx' =a，運算得到-
對兩邊進行積分后得到：
[0046]
(4)
[0047] 不同于在常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)中，視差X隨深度距離q的增大而減小。在新的光學(xué)系統(tǒng)中， X'隨深度距離q的增大而增大，在實際應(yīng)用中，常規(guī)系統(tǒng)的視差X會非常小。運時，可W通過 合理選擇a來實現(xiàn)能夠符合光學(xué)加工要求的X'。由此，就能夠?qū)崿F(xiàn)在被測空間內(nèi)均勻分布的 空間靈敏度。例如，在0.1米至6米的被測空間范圍內(nèi)，保持在各個深度距離上Icm的移動對 應(yīng)圖像上1個像素的移動。
[004引通常情況下，由于成像裝置本身存在的結(jié)構(gòu)缺陷，會導(dǎo)致所拍攝的圖像在一定程 度上發(fā)生變形，尤其是越往圖像邊緣方向，變形就越嚴重。因此需要通過崎變矯正來對變形 的圖像進行矯正，例如，將成像為兩邊彎曲的形狀矯正成真實的直線型。在一個實施例中， 可W通過加工非球面透鏡得到低崎變的附加光學(xué)組件，并使用該附加光學(xué)組件光學(xué)矯正成 像裝置固有圖像崎變的至少一部分。在另一個實施例中，本實用新型的測距系統(tǒng)還可W包 括圖像矯正裝置，用于對經(jīng)由附加光學(xué)組件和成像透鏡成像的圖像進行數(shù)字矯正。例如，將 視差像素與深度距離之間建立起對應(yīng)關(guān)系，比如，每2個像素視差對應(yīng)于被測空間內(nèi)4cm的 移動。另外，也可W不對圖像進行矯正，而是逐行或是逐列像素的進行標定，W計算第n行或 第n列的像素視差所對應(yīng)的深度距離。
[0049] 雖然在圖4中為了方便說明，將附加光學(xué)組件202示出為與固有的光學(xué)透鏡201分 開，但實際上附加光學(xué)組件可W與成像透鏡緊密相接，W使得包括該附加光學(xué)組件的成像 裝置形成一體化器件。例如，在現(xiàn)有的相機組件外直接添加該附加光學(xué)組件的鏡頭，W實現(xiàn) 例如滿足保潔機器人所需的簡單且緊湊的結(jié)構(gòu)。另外，雖然圖4中示出附加光學(xué)組件202位 于光學(xué)透鏡201和被測空間之間，但在其他的實施例中，附加光學(xué)組件202也可W根據(jù)需要 位于光學(xué)透鏡201和圖像傳感器之間。
[0050] 對于上述測距裝置的日常應(yīng)用而言，例如設(shè)置在保潔機器人上時，可W將光源和 成像裝置設(shè)置在機器人的正前方，其中光源設(shè)置在機器人前端的頂部，與圖像傳感器大致 在同一豎直平面上。兩者與機器人的主板相連，為主板提供當前所在的位置信息，W供主板 進行處理和行動決策。
[0051] 在實際使用中，可W采用1280*720分辨率的圖像傳感器。但由于本實用新型的測 距裝置改善了整體的深度成像精度（即，使得成像精度更為均勻），因此也可W采用1280* 360或W下分辨率的圖像傳感器，由此獲得更大的圖像帖率，W實現(xiàn)對環(huán)境變化反應(yīng)更為靈 敏的測距和導(dǎo)航。
[0052] 此外，本實用新型還可W通過旋轉(zhuǎn)圖像傳感器的方向來提升距離檢測裝置的效 率。圖5示出了投射的線形光在圖像傳感器上成像的兩個例子。圖5A示出的是障礙物等深的 情況(例如，圖2A所示的平坦墻面），圖5B示出的是障礙物不等深的情況(例如，圖2C所示的 凹入墻面，外加近處散亂各處的物品）。由圖可知并且根據(jù)線形光的特點，只有在障礙物等 深的理想情況下，線形光會成像在圖像傳感器的特定幾行像素內(nèi)，即在圖像傳感器上成像 為具有一定寬度的直線。通常情況下，由于投射出的線形光會被處在不同位置的各種障礙 物反射，因此線形光會在傳感器的列方向上移動而分段成像在不同的像素行內(nèi)。但是，由于 投射的是寬度有限的線形光，因此每一個像素列中必然僅有幾個相連的像素（即，與線形光 寬度相對應(yīng)的像素)包含圖像數(shù)據(jù)信息。
[0053] 市販圖像傳感器多為逐行讀取圖像像素的傳感器(例如，CMOS圖像傳感器）。在正 常使用圖像傳感器的情況下，需要對每個像素行進行逐行掃描才能提取有效的成像信息。 在本實用新型的一個實施例中，將圖像傳感器旋轉(zhuǎn)90°放置，使得線性光變?yōu)樵谠瓐D像傳感 器的行方向移動。在逐行(在旋轉(zhuǎn)后變?yōu)橹鹆校┳x取圖像像素時，每一行均能獲得具有視差 位移的若干相連光點（視線性光寬度而定），并據(jù)此計算出深度距離。由于每一行僅需緩存 若干像素，因此能夠提升計算效率，加快檢測速度。
[0054] 另外，本實用新型的測距系統(tǒng)還可W利用改進的投射裝置來投射線形激光。圖6示 出了根據(jù)本實用新型一個實施例的光源100的示意圖。光源100包括激光器101和二級光學(xué) 衍射元件102。從激光發(fā)生器101出射的激光束A經(jīng)準直后入射二級光學(xué)衍射元件102,得到 在福射角方向上經(jīng)拼接的線形激光C，即由N個福射角為a的線形激光打-Cn(圖中示例為扣- C3,即取N=3)拼接成的福射角為NXa的線形激光C。
[0055] 具體地，圖7A和7B示出了根據(jù)本實用新型的二級光學(xué)衍射元件的兩個例子。
[0056] 如圖7A所示，光束A入射到二級光學(xué)衍射元件102,后者包括第一級光學(xué)元件1021 和第二級光學(xué)元件1022。
[0057] 第一級光學(xué)元件1021對入射光束進行分束。在一個實施例中，第一級光學(xué)元件 1021可W被設(shè)計為將入射光束在第一方向上分束成N個子光束B，相鄰兩個所述子光束之間 的夾角a相同，其中N為奇數(shù)。N個子光束B可W是N個點狀激光。雖然圖中示出了3個子光束 200(即，N為3)，但是在實際應(yīng)用中N可W取5、7、9,甚至更多。
[0058] 第一方向可W是水平方向，也可W是豎直方向。相應(yīng)地，下面描述的第二方向可W 是豎直方向，也可W是水平方向。一些情況下，第一方向和第二方向也可W是相互垂直但與 水平方向成一夾角的方向。該夾角是銳角。
[0059] 第二級光學(xué)元件1022對N個子光束B進行衍射。在一個實施例中，第二級光學(xué)元件 1022可W被設(shè)計為將N個子光束衍射成N個在第一方向上的福射角為a的線形光束Ci-Cn。第 一級光學(xué)元件1021和第二級光學(xué)元件1022被設(shè)計為將運N個線形光束Ci-Cn在所述第一方向 上相互拼接，從而形成一個福射角為NXa的線形光束C。
[0060] 如圖7B所示，二級光學(xué)衍射元件102包括第一級光學(xué)元件1021'和第二級光學(xué)元件 1022'。
[0061] 第一級光學(xué)元件1021'對入射光束進行衍射。在一個實施例中，第一級光學(xué)元件 1021'可W被設(shè)計為將入射光束衍射成在第一方向上福射角為a的線形激光。
[0062] 第二級光學(xué)元件1022'對福射角為a的線形激光進行復(fù)制和拼接。在一個實施例 中，第二級光學(xué)元件1022'可W被設(shè)計為將線形激光衍射為N個在第一方向上的福射角為a 的線形光束Ci-Cn。第一級光學(xué)元件1021'和第二級光學(xué)元件1022 '被設(shè)計為使得N個線形光 束Ci-Cn在所述第一方向上相互拼接，從而形成一個福射角為NXa的線形光束C，其中N為奇 數(shù)。雖然圖中示出了3個子光束B'（即，N為3)，但是在實際應(yīng)用中N可W取5、7、9,甚至更多。
[0063] 圖6-7中的光學(xué)衍射元件是指利用光波的衍射原理對光波傳播方向進行偏折的光 學(xué)元件。二級光學(xué)衍射元件的光軸可W重合，如圖中虛線所示。
[0064] 由于投射出的線形激光打-Cn其兩端的亮度會略低，因此可W允許相鄰線形光束有 一定程度的交疊，如圖2中亮線301和302所示。在實際應(yīng)用中，可W允許100個像素W內(nèi)的交 疊。
[0065] 當兩級光學(xué)元件之間的距離很近時(例如，接近為零時），可W視作N個子光束從一 個入射點入射。如果兩級光學(xué)元件之間的距離拉開，可W視作N個子光束從N個入射點入射。 隨著兩級光學(xué)元件之間的距離的增大，拼接的線（即，從第二級光學(xué)元件出射的N條線形光） 之間的距離會增大。因此，可W恰當設(shè)計兩級光學(xué)元件之間的距離，W保證運N個線形光束 的恰當拼接。
[0066] 通常情況下，為了得到強度均勻的線形激光，希望經(jīng)過第二級光學(xué)元件得到的N個 線性光束的能量相同。但考慮到透鏡設(shè)計及成像中通常會遇到的圖像暗角問題（即，圖像兩 側(cè)成像亮度略低于中屯、亮度），所W可W將第一級光學(xué)元件和第二級光學(xué)元件設(shè)計為使得N 個線形光束中兩側(cè)的線形光束的能量高于其他的線形光束的能量。運可W通過將第一級光 學(xué)元件設(shè)計為使得N個點狀激光中兩側(cè)的點狀激光的能量要高于其他的點狀激光的能量來 實現(xiàn)。在N = 3,即=束點狀激光的情況下，可W采取兩側(cè)激光能量略高于中屯、激光約5%左 右的數(shù)值。另外，還可W通過調(diào)整第二級光學(xué)元件的設(shè)計來實現(xiàn)。
[0067] 在本實用新型中，二級光學(xué)衍射元件102優(yōu)選由二元光學(xué)元件實現(xiàn)。在運里，可W 認為二元光學(xué)元件是指基于光波的衍射理論，利用計算機輔助設(shè)計，并用超大規(guī)模集成 (VLSI)電路制作工藝，在片基上(或傳統(tǒng)光學(xué)器件表面)刻蝕產(chǎn)生兩個或多個臺階深度的浮 雕結(jié)構(gòu)，形成純相位、同軸再現(xiàn)、具有極高衍射效率的一類衍射光學(xué)元件。由于二元光學(xué)元 件是一種純相位衍射光學(xué)元件，為得到高衍射效率，可做成多相位階數(shù)的浮雕結(jié)構(gòu)。由于隨 著階數(shù)的增大，加工難度和成本也相應(yīng)增加。因此在實際應(yīng)用中會在選擇適當?shù)碾A數(shù)來對 效率和成本加W平衡。圖8示出了根據(jù)本實用新型原理的包括二級衍射裝置的光源的最終 投影的實拍圖。在此例中，兩側(cè)與中央的強度比可達9:10。
[0068] 在另一個實施例中，也可W在激光準直之后直接通過一級二元光學(xué)元件（即，光源 包括激光發(fā)生器和一級的二元光學(xué)元件），同樣能夠得到強度均勻的線形激光。但受到現(xiàn)有 技術(shù)的限制，一級二元光學(xué)元件的福射角不大于90°。
[0069] 上文中已經(jīng)參考附圖詳細描述了根據(jù)本實用新型的結(jié)構(gòu)光測距裝置。W上描述的 本實用新型的各實施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實 施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術(shù)語的選擇，旨在最好地解釋各實施 例的原理、實際應(yīng)用或?qū)κ袌鲋械募夹g(shù)的改進，或者使本技術(shù)領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能 理解本文披露的各實施例。
【主權(quán)項】
1. 一種結(jié)構(gòu)光測距裝置，包括： 向被測空間投射結(jié)構(gòu)光的光源；以及 與所述光源之間具有預(yù)定的相對空間位置關(guān)系并且包括圖像傳感器、成像透鏡和附加 光學(xué)組件的成像裝置，被所述被測空間內(nèi)障礙物反射的結(jié)構(gòu)光經(jīng)由所述附加光學(xué)組件和所 述成像透鏡在所述圖像傳感器上成像， 其中所述附加光學(xué)組件被設(shè)置為增大所述被測空間內(nèi)特定位置范圍內(nèi)的障礙物的反 射光在所述圖像傳感器上的成像比例。2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述附加光學(xué)組件還被設(shè)置為減小所述被測空間內(nèi) 其他位置范圍內(nèi)的障礙物的反射光在所述圖像傳感器上的成像比例。3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述附加光學(xué)組件被設(shè)置為使得所述圖像傳感器對 應(yīng)于深度距離的方向上的每個像素都代表所述被測空間內(nèi)距所述裝置的相同深度距離的 變化。4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述附加光學(xué)組件光學(xué)矯正所述成像裝置固有圖像 畸變的至少一部分。5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括圖像矯正裝置，對經(jīng)由所述附加光學(xué)組件和所述成 像透鏡成像的圖像進行數(shù)字矯正。6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述附加光學(xué)組件與所述成像透鏡緊密相接以使得 所述成像裝置形成一體化器件。7. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光源向被測空間投射線形激光。8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述圖像傳感器是被旋轉(zhuǎn)90度放置的逐行掃描圖像 傳感器。9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述光源包括激光器和二級光學(xué)衍射元件，從所述激 光器出射的激光束經(jīng)準直后入射所述二級光學(xué)衍射元件，得到在輻射角方向上經(jīng)拼接的線 形激光。
【文檔編號】G01S17/08GK205720668SQ201620641333
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】王敏捷, 梁雨時
【申請人】上海圖漾信息科技有限公司