单目斜置非共轴透镜测距装置转让专利
申请号 : CN201910389840.4
文献号 : CN110132225B
文献日 : 2021-03-12
发明人 : 薛鉴哲 , 王溟浩 , 张筱绂 , 郑光浩
申请人 : 西安电子科技大学
摘要 :
本发明公开了一种单目斜置非共轴透镜测距装置，由一个斜置透镜和一个屏幕构成，所述斜置透镜为一个光心不与主光轴重合且其光轴相对于主光轴有一定夹角的透镜，当位于主光轴延长线上的一点通过斜置透镜成像时，像点在主光轴与感光屏的相交点一定距离处，通过测量像点与主光轴的相对距离，并考虑斜置透镜的成像参数，即可获取到该光源相对于透镜的距离。本发明通过较为简单的几何算法即可实现测距功能。
权利要求 :
1.单目斜置非共轴透镜测距装置，其特征在于，由一个斜置透镜和一个屏幕构成，所述斜置透镜为一个光心不与主光轴重合且其光轴相对于主光轴有一定夹角的透镜，当位于主光轴延长线上的一点通过斜置透镜成像时，像点在主光轴与感光屏的相交点一定距离处，通过测量像点与主光轴的相对距离，并考虑斜置透镜的成像参数，即可获取到光源相对于透镜的距离；
通过以下步骤计算光源相对于透镜的距离：S1、设A系原点位于水平的主光轴上，B系原点为斜置透镜的光心，A系为以主光轴为x轴建立的平面直角坐标系，B系为以斜置透镜光轴为x轴建立的平面直角坐标系；取B系原点在A系中的坐标为(‑a，‑b)，主光轴于斜置透镜光轴的夹角为θ，在A坐标系中取一点(XA，YA)，将该点在B系中记作(XB，YB)，则由坐标的平移及旋转变换可得：S2、设镜头前且在主光轴延长线上一点P通过斜置透镜在后方屏幕上于像点Q处成像，在B系中，由成像关系可得如下两个等式：S3、将式(1)，(2)的坐标变换代入等式(3)，(4)，可得关于XQA和XPA的二元方程，联立可解得XPA，即P光点到测距装置的距离。
说明书 :
单目斜置非共轴透镜测距装置
技术领域
[0001] 本发明涉及测距装置领域，具体涉及一种单目斜置非共轴透镜测距装置。
背景技术
[0002] 计算机视觉广泛应用在在工业生产和自动驾驶等多个领域，其中对空间立体信息的识别尤为重要。在构建空间立体模型的过程中，距离的测定是一项基础的内容。目前绝大
多数测距是基于双目视觉，通过识别两个图像的不同点并运用几何算法来得出距离。如工
业中的多自由度机械装置的精确位姿的动态检测，影视制作中的立体场景重建等均是基于
此原理。少数的单目测距则是主要基于软件算法对二维图像的识别，以相似三角形为基本
原理，通过对图像信息的提取和建模来估计距离。例如早期的单摄像头手机的测距功能则
是基于此原理。
多数测距是基于双目视觉，通过识别两个图像的不同点并运用几何算法来得出距离。如工
业中的多自由度机械装置的精确位姿的动态检测，影视制作中的立体场景重建等均是基于
此原理。少数的单目测距则是主要基于软件算法对二维图像的识别，以相似三角形为基本
原理，通过对图像信息的提取和建模来估计距离。例如早期的单摄像头手机的测距功能则
是基于此原理。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种单目斜置非共轴透镜测距装置，其可通过较为简单的几何算法实现测距功能。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0005] 单目斜置非共轴透镜测距装置，由一个斜置透镜和一个屏幕构成，所述斜置透镜为一个光心不与主光轴重合且其光轴相对于主光轴有一定夹角的透镜，当位于主光轴延长
线上的一点通过斜置透镜成像时，像点在主光轴与感光屏的相交点一定距离处，通过测量
像点与主光轴的相对距离，并考虑斜置透镜的成像参数，即可获取到该光源相对于透镜的
距离。
线上的一点通过斜置透镜成像时，像点在主光轴与感光屏的相交点一定距离处，通过测量
像点与主光轴的相对距离，并考虑斜置透镜的成像参数，即可获取到该光源相对于透镜的
距离。
[0006] 进一步地，通过以下步骤计算光源相对于透镜的距离：
[0007] S1、设A系原点位于水平的主光轴上，B系原点为斜置透镜的光心，A系为以主光轴为x轴建立的平面直角坐标系，B系为以斜置透镜光轴为x轴建立的平面直角坐标系；取B系
原点在A系中的坐标为(‑a，‑b)，主光轴于斜置透镜光轴的夹角为θ。在A坐标系中取一点
(XA，YA)，将该点在B系中记作(XB，YB)，，则由坐标的平移及旋转变换可得：
原点在A系中的坐标为(‑a，‑b)，主光轴于斜置透镜光轴的夹角为θ。在A坐标系中取一点
(XA，YA)，将该点在B系中记作(XB，YB)，，则由坐标的平移及旋转变换可得：
[0008]
[0009]
[0010] S2、设镜头前且在主光轴延长线上一点P通过斜置透镜在后方屏幕上于像点Q处成像，在B系中，由成像关系可得如下两个等式：
[0011]
[0012]
[0013] S3、将式(1)，(2)的坐标变换代入等式(3)，(4)，可得关于XQA和XPA的二元方程，联立可解得XPA，即P光点到测距装置的距离。
[0014] 本发明具有以下有益效果：
[0015] 通过较为简单的几何算法即可实现测距功能。
附图说明
[0016] 图1为本发明实施例一种单目斜置非共轴透镜测距装置的结构示意图。
[0017] 图2为本发明实施例的光路示意图。
具体实施方式
[0018] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
的保护范围。
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
的保护范围。
[0019] 如图1所示，本发明实施例提供了一种单目斜置非共轴透镜测距装置，由一个斜置透镜1和一个屏幕2构成，所述斜置透镜为一个光心不与主光轴重合且其光轴相对于主光轴
有一定夹角的透镜，当位于主光轴延长线上的一点通过斜置透镜成像时，像点在主光轴与
感光屏的相交点一定距离处，通过测量像点与主光轴的相对距离，并考虑斜置透镜的成像
参数，即可获取到该光源相对于透镜的距离。具体的：
有一定夹角的透镜，当位于主光轴延长线上的一点通过斜置透镜成像时，像点在主光轴与
感光屏的相交点一定距离处，通过测量像点与主光轴的相对距离，并考虑斜置透镜的成像
参数，即可获取到该光源相对于透镜的距离。具体的：
[0020] 如图2所示，A系原点位于水平的主光轴上，B系原点为斜置透镜的光心。斜置透镜的光心与主光轴不重合且其光轴相对于主光轴有一定的夹角。
[0021] 1)如图2所示，A系为以主光轴为x轴建立的平面直角坐标系，B系为以斜置透镜光轴为x轴建立的平面直角坐标系。设B系原点在A系中的坐标为(‑a，‑b)，主光轴于斜置透镜
光轴的夹角为θ，在A坐标系中取一点(XA，YA)，将该点在B系中记作(XB，YB)，由坐标的平移及
旋转变换可得：
光轴的夹角为θ，在A坐标系中取一点(XA，YA)，将该点在B系中记作(XB，YB)，由坐标的平移及
旋转变换可得：
[0022]
[0023]
[0024] 2)如图2所示，镜头前且在主光轴延长线上一点P通过斜置透镜在后方屏幕上于像点Q处成像。在B系中，由成像关系可得如下两个等式：
[0025]
[0026]
[0027] 3)将式(1)，(2)的坐标变换代入等式(3)，(4)，可得关于XQA和XPA的二元方程。联立可解得XPA，即P光点到测距装置的距离。
[0028] 基于该原理的简易低成本光学仪器，可以应用于对于高亮光点的距离测量，例如，夜间车辆对前方光源的距离测量。另外，可以应用于制作简易的激光测距仪，先主动发射激
光照射到被测物体上形成高亮光点，便可通过该原理对目标距离的快速测量。
光照射到被测物体上形成高亮光点，便可通过该原理对目标距离的快速测量。
[0029] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影
响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相
互组合。
响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相
互组合。