立體距離測(cè)定方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種立體距離測(cè)定方法及其系統(tǒng)，主要通過(guò)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(cè)物體表面，該光線組包含有多個(gè)分別以一預(yù)設(shè)的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測(cè)物體表面形成檢測(cè)點(diǎn)的光束線；由該待測(cè)物體表面反射的該光線組的光束線通過(guò)一聚焦元件的焦點(diǎn)而于一感光記憶元件形成一感測(cè)影像；根據(jù)該感光記憶元件上每個(gè)該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點(diǎn)位置得到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)；以及計(jì)算該每一相對(duì)應(yīng)第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點(diǎn)位置即該待測(cè)物體的檢測(cè)點(diǎn)的空間位置。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種距離測(cè)定方法及其系統(tǒng)，尤其涉及一種利用光學(xué)影像運(yùn)算的立體 距離測(cè)定方法及其系統(tǒng)。 立體距離測(cè)定方法及其系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 常用的距離測(cè)量方式，包含有直接測(cè)量法以及間接測(cè)量法。在直接測(cè)量法方面，量 測(cè)者可以直接以尺具量測(cè)物體與物體之間的距離，而此種測(cè)量方法往往因?yàn)榱繙y(cè)者的操作 方式不同而產(chǎn)生誤差。而間接測(cè)量法方面，可以使用標(biāo)竿配合儀器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)計(jì)算其 對(duì)應(yīng)角度推算出物體與物體之間的距離。雖然此種方式的準(zhǔn)確度較直接使用尺具量測(cè)高， 但仍因場(chǎng)地以及兩個(gè)量測(cè)者等限制，在實(shí)際操作上仍有不便的地方。
[0003] 近年來(lái)，許多其他距離檢測(cè)方式被開(kāi)發(fā)出來(lái)，例如使用聲波、無(wú)線電波或者激光 等。其中，激光距離測(cè)量方式因?yàn)榫哂袦?zhǔn)確度高、能清楚標(biāo)定檢測(cè)點(diǎn)、量測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣 泛應(yīng)用于交通、建筑、地形勘測(cè)等方面。以激光測(cè)距儀（laser rangefinder)為例，其基本 原理是以一激光發(fā)射器對(duì)目標(biāo)物射出一激光束，再通過(guò)一激光接收器以接收由該目標(biāo)物反 射回來(lái)的信號(hào)，將取得的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析發(fā)出激光束與接收反射信號(hào)之間的時(shí)間差，可 求得激光測(cè)距儀與目標(biāo)物之間的距離。然而，一般激光測(cè)距儀一次只能測(cè)量單一目標(biāo)點(diǎn)與 激光測(cè)距儀的距離，無(wú)法針對(duì)多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)點(diǎn)之間的距離測(cè)量，仍限制了激光測(cè)距 方式的應(yīng)用領(lǐng)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(cè)距儀無(wú)法進(jìn)行多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間進(jìn)行距離 測(cè)量的問(wèn)題。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種立體距離測(cè)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(yùn)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(cè)物體表面，該光線組包含有多個(gè) 分別以一預(yù)設(shè)的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測(cè)物體表面形成檢測(cè)點(diǎn)的光束 線。該聚焦元件包含有一供該待測(cè)物體表面反射的該光線組的光束線通過(guò)的焦點(diǎn)。該感光 記憶元件接收通過(guò)該聚焦元件的焦點(diǎn)的光線組的光束線并形成一感測(cè)影像。該運(yùn)算單元取 得該感光記憶元件的感測(cè)影像，根據(jù)該感光記憶元件上每個(gè)該光束線成像位置與該聚焦元 件的焦點(diǎn)位置得到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)，計(jì)算該每一相對(duì)應(yīng)第一路徑函數(shù)與該第二路徑 函數(shù)的交點(diǎn)位置。
[0005] 于一實(shí)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(xué)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(xué)元件之間發(fā)光路徑的第二繞射光學(xué)元件。
[0006] 于一實(shí)施例中，該光線組投射出的光束線具有一供該運(yùn)算單元解讀的圖形碼。
[0007] 于一實(shí)施例中，該聚焦元件的焦點(diǎn)位于該投射平面上。
[0008] 于一實(shí)施例中，該多個(gè)該光線組所形成的多個(gè)投射平面相互交集于一相交軸上， 該相交軸通過(guò)該聚焦元件的焦點(diǎn)。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(xué)元件，該投射平面相互交集的相交軸通過(guò) 該第一繞射光學(xué)兀件。
[0009] 于一實(shí)施例中，該立體距離測(cè)定系統(tǒng)更包含有一設(shè)置于該聚焦元件與該待測(cè)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(jìn)入該聚焦元件。
[0010] 于一實(shí)施例中，該立體距離測(cè)定系統(tǒng)更包含有一容設(shè)該光源發(fā)射器、該聚焦元件、 該感光記憶體以及該運(yùn)算單元的殼體。
[0011] 本發(fā)明更提供一種立體距離測(cè)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(cè)物體表面，該光線 組包含有多個(gè)分別以一預(yù)設(shè)的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測(cè)物體表面形成 檢測(cè)點(diǎn)的光束線；
[0013] 步驟b):由該待測(cè)物體表面反射的該光線組的光束線通過(guò)一聚焦元件的焦點(diǎn)而 于一感光記憶元件形成一感測(cè)影像；
[0014] 步驟c):根據(jù)該感光記憶元件上每個(gè)該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點(diǎn)位 置得到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)；以及
[0015] 步驟d):計(jì)算該每一相對(duì)應(yīng)第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點(diǎn)位置即該待 測(cè)物體的檢測(cè)點(diǎn)的空間位置。
[0016] 于一實(shí)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(jìn)入該聚焦 元件的步驟。
[0017] 于一實(shí)施例中，該立體距離測(cè)定方法更包含步驟f):通過(guò)該感光記憶元件取得由 該待測(cè)物體表面反射的自然光影像。
[0018] 于一實(shí)施例中，該立體距離測(cè)定方法于該步驟b)與該步驟c)之間更包含有比對(duì) 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(cè)影像，取得一只 有該光線組的影像的步驟。
[0019] 于一實(shí)施例中，該立體距離測(cè)定方法更包含步驟e):根據(jù)不同該待測(cè)物體檢測(cè)點(diǎn) 的空間位置以計(jì)算出該不同檢測(cè)點(diǎn)之間的距離。
[0020] 本發(fā)明立體距離測(cè)定方法及其系統(tǒng)的特點(diǎn)在于：
[0021] 1、通過(guò)射出具有多個(gè)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(cè) 物體表面，該一直線排列的光束線反射通過(guò)一聚焦元件的焦點(diǎn)而于一感光記憶元件形成一 感測(cè)影像，該感測(cè)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(yù)設(shè)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(diǎn)位置得到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)，計(jì)算出該第一路徑函數(shù)與該第 二路徑函數(shù)的交點(diǎn)位置即可取得該待測(cè)物體的檢測(cè)點(diǎn)的空間位置。
[0023] 3、本發(fā)明僅須利用單次將感測(cè)影像成像于該感光記憶元件，即可取得該待測(cè)物體 的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的空間位置，進(jìn)而取得每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)距離，而達(dá)到立體距離測(cè)量的 效果。
[0024] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1，為本發(fā)明立體距離測(cè)定方法一實(shí)施例的步驟流程示意圖；
[0026] 圖2,為本發(fā)明立體距離測(cè)定系統(tǒng)一實(shí)施例的平面光路架構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3,為本發(fā)明立體距離測(cè)定系統(tǒng)一提高分辨率實(shí)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(cè)定系統(tǒng)一實(shí)施例的座標(biāo)化單一光束線光路架構(gòu)示意 圖；
[0029] 圖5,為本發(fā)明立體距離測(cè)定系統(tǒng)一實(shí)施例的立體光路架構(gòu)示意圖；
[0030] 圖6,為本發(fā)明立體距離測(cè)定系統(tǒng)一實(shí)施例的感光記憶元件的感測(cè)影像成像示意 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 涉及本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明及技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)就配合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】如下：
[0032] 請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明立體距離測(cè)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(cè)定方法，包含步驟有：步驟a):投射一光線組至一待測(cè)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(cè)物體表面，該光線組包含有多個(gè)分別以一 預(yù)設(shè)的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測(cè)物體表面形成檢測(cè)點(diǎn)的光束線。步驟 b):反射該光線組通過(guò)一焦點(diǎn)而成像于一感光記憶元件（S20);由該待測(cè)物體表面反射的 該光線組的光束線通過(guò)一聚焦元件的焦點(diǎn)而于一感光記憶元件形成一感測(cè)影像。步驟c): 得到每個(gè)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(gè)該光束線成像位置與 該聚焦元件的焦點(diǎn)位置得到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)。步驟d):計(jì)算出該待測(cè)物體的檢測(cè)點(diǎn) 的空間位置（S40);計(jì)算該每一相對(duì)應(yīng)第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點(diǎn)位置即該待 測(cè)物體的檢測(cè)點(diǎn)的空間位置。當(dāng)完成步驟d)后，使用者可以選擇性進(jìn)行步驟e):根據(jù)不同 該待測(cè)物體檢測(cè)點(diǎn)的空間位置以計(jì)算出該不同檢測(cè)點(diǎn)之間的距離（S50)。
[0033] 另一方面，請(qǐng)參閱圖2,為本發(fā)明立體距離測(cè)定系統(tǒng)的平面光路架構(gòu)示意圖，如圖 所示：本發(fā)明揭露一種立體距離測(cè)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(yùn)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(cè)物體50表面，該光線組11包含有 多個(gè)分別以一預(yù)設(shè)的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測(cè)物體50表面形成檢測(cè)點(diǎn) PI、P2的光束線12a、12b。于本實(shí)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(xué)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(cè)物體50表面反射的該光線組11的 光束線12a、12b通過(guò)的焦點(diǎn)21。該感光記憶元件30接收通過(guò)該聚焦元件焦點(diǎn)21的光線組 11的光束線12a、12b并形成一感測(cè)影像。該運(yùn)算單元40取得該感光記憶元件30接收的該 感測(cè)影像，該運(yùn)算單元40可以通過(guò)數(shù)碼影像的影像處理方法找出各每個(gè)該光束線12a、12b 在該感測(cè)影像的光點(diǎn)，根據(jù)該感光記憶元件30上每個(gè)該光束線12a、12b成像位置與該聚焦 元件焦點(diǎn)21位置得到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)，計(jì)算該每一相對(duì)應(yīng)第一路徑函數(shù)與該第二 路徑函數(shù)的交點(diǎn)位置。本發(fā)明的立體距離測(cè)定系統(tǒng)的各元件可以分開(kāi)設(shè)置，亦可以通過(guò)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(yùn)算單元整合于一手持式測(cè)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(cè)物體50表面反射的自然光影 像。當(dāng)進(jìn)行立體距離測(cè)定時(shí)，該感光記憶元件30可以連續(xù)取得兩張感測(cè)影像，一者為無(wú)投 射出光線組的自然光影像，另一者則是具有反射后通過(guò)該焦點(diǎn)21的光線組11的感測(cè)影像。 該運(yùn)算單元40將接收自該感光記憶元件30的自然光實(shí)景影像以及具有該光線組11成像 的該感測(cè)影像相互比對(duì)，取得一只有該光線組11中光束線12a、12b的光點(diǎn)信息?；蛘?，本 發(fā)明的立體距離測(cè)定系統(tǒng)，更可包含一設(shè)置于該聚焦元件與該待測(cè)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(jìn)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(yùn)算單元40輕易取得光線 組11中光束線12a、12b的光點(diǎn)信息。在取得每個(gè)光束線12a、12b的光點(diǎn)信息后，可以利用 自然光實(shí)景影像，來(lái)判斷每個(gè)光點(diǎn)相對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)在實(shí)際影像，進(jìn)而協(xié)助使用者選擇不同檢 測(cè)點(diǎn)之間或者單一檢測(cè)點(diǎn)距離的依據(jù)。
[0035] 另一方面，本發(fā)明為了能提高分辨率，請(qǐng)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(xué)元件14之間發(fā)光路徑的第二繞射光學(xué)元件15以及 一折射鏡16。舉例來(lái)說(shuō)，該第一繞射光學(xué)元件14可以繞射出4倍光束線12,該第二繞射光 學(xué)元件15則可繞射出2倍光束線，當(dāng)該發(fā)光源13射出的激光束至該第二繞射光學(xué)元件15 后產(chǎn)生4道激光束，由該第二繞射光學(xué)元件15產(chǎn)生的激光束經(jīng)過(guò)該折射鏡16折射成平行 光束后再進(jìn)入該第一繞射光學(xué)元件14,最后在投射出8道激光束至一待測(cè)物體50的表面， 因此能有效提升測(cè)量的分辨率。
[0036] 為了能更進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的量測(cè)原理，請(qǐng)參閱圖4所示，為本發(fā)明座標(biāo)化單一 光束線光路架構(gòu)示意圖。已知該光線組11的一光束線12的起始座標(biāo)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(cè)物體50表面上的檢測(cè)點(diǎn)P。該第一路徑 函數(shù)⑴為：

【權(quán)利要求】
1. 一種立體距離測(cè)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(cè)物體表面，該 光線組包含有多個(gè)分別以一預(yù)設(shè)的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測(cè)物體表面 形成檢測(cè)點(diǎn)的光束線； 一聚焦元件，包含有一供該待測(cè)物體表面反射的該光線組的光束線通過(guò)的焦點(diǎn)； 一感光記憶元件，接收通過(guò)該聚焦元件的焦點(diǎn)的光線組的光束線并形成一感測(cè)影像； 以及 一運(yùn)算單元，電性連接于該感光記憶元件以取得該感測(cè)影像，根據(jù)該感光記憶元件上 每個(gè)該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點(diǎn)位置得到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)，計(jì)算該每一 相對(duì)應(yīng)第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點(diǎn)位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體距離測(cè)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(xué)元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體距離測(cè)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(xué)元件之間發(fā)光路徑的第二繞射光學(xué)元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體距離測(cè)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(yùn)算單元解讀的圖形碼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體距離測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，該聚焦元件的焦點(diǎn)位于該 投射平面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體距離測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)該光線組所形成 的多個(gè)投射平面相互交集于一相交軸上，該相交軸通過(guò)該聚焦元件的焦點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的立體距離測(cè)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(xué)元件，該投 射平面相互交集的相交軸通過(guò)該第一繞射光學(xué)元件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體距離測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，更包含有一設(shè)置于該聚焦 元件與該待測(cè)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(jìn)入該聚焦元 件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體距離測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，更包含有一容設(shè)該光源發(fā) 射器、該聚焦元件、該感光記憶體以及該運(yùn)算單元的殼體。
10. -種立體距離測(cè)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(cè)物體表面，該光線組包 含有多個(gè)分別以一預(yù)設(shè)的第一路徑函數(shù)并沿一直線排列射出至該待測(cè)物體表面形成檢測(cè) 點(diǎn)的光束線； 步驟b):由該待測(cè)物體表面反射的該光線組的光束線通過(guò)一聚焦元件的焦點(diǎn)而于一 感光記憶元件形成一感測(cè)影像； 步驟c):根據(jù)該感光記憶元件上每個(gè)該光束線成像位置與該聚焦元件的焦點(diǎn)位置得 到相對(duì)應(yīng)的第二路徑函數(shù)；以及 步驟d):計(jì)算該每一相對(duì)應(yīng)第一路徑函數(shù)與該第二路徑函數(shù)的交點(diǎn)位置即該待測(cè)物 體的檢測(cè)點(diǎn)的空間位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的立體距離測(cè)定方法，其特征在于，該聚焦元件的焦點(diǎn)位于 該投射平面上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的立體距離測(cè)定方法，其特征在于，所述多個(gè)該光線組所形 成的多個(gè)投射平面相互交集于一相交軸上，該相交軸通過(guò)該聚焦元件的焦點(diǎn)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的立體距離測(cè)定方法，其特征在于，更包含有步驟e):根據(jù)不 同該待測(cè)物體檢測(cè)點(diǎn)的空間位置以計(jì)算出該不同檢測(cè)點(diǎn)之間的距離。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述立體距離測(cè)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(jìn)入該聚焦元件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的立體距離測(cè)定方法，其特征在于更包含步驟f):通過(guò)該感 光記憶元件取得由該待測(cè)物體表面反射的自然光影像。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的立體距離測(cè)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(duì)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(cè)影像，取得一只有該光線組的影像。
【文檔編號(hào)】G01C3/00GK104061901SQ201310086963
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月19日
【發(fā)明者】陳文宗 申請(qǐng)人:力誠(chéng)儀器有限公司