专利名称：测距方法、测距系统与其处理方法
技术领域：
本发明是有关于一种测距技术，且特别是有关于一种可对一待测物进行非接触的的三维的测距技术。
背景技术：
目前的测距仪器可以分为接触式和非接触式。其中，所谓的接触式测距仪器，也就是传统的测距技术，例如坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，简称CMM)。虽然接触式测量技术相当精确，但是由于必须接触待测物的本体，有可能会导致待测物遭到测距仪器的探针的破坏。因此，接触式测距装置不适用于高价值物件的测量。相较于传统的接触式测距仪器，非接触测距仪器由于运作频率高达数百万，因此被使用的领域相当广泛。非接触测距技术又分为主动式与被动式。所谓的主动式非接触测距技术，就是将一能量波投射至待测物，再借助能量波反射来计算待测物与一参考点之间的距离。常见的能量波包括一般的可见光、高能光束、超音波与X射线。

发明内容
本发明提供一种测距方法和一种测距系统，可以对一待测物进行非接触的三维测距。另外，本发明也提供一种处理方法，可以处理测距系统中的资料，并且更精确地计算一待测物的位置。本发明提供一种测距系统，包括一光源模组、一影像撷取装置和一处理模组。光源模组会向在多个位置点上的参考平面和一待测物投射具有一斑点图样的面光源，使得在每一位置点的参考平面和待测物朝向光源模组的表面都会呈现斑点图样的影像，而此斑点图样具有多个斑点。此时，影像撷取装置会撷取各位置点上的参考平面上所呈现的斑点图样的影像，而产生多个参考影像信息。另外，影像撷取装置也会撷取待测物上所呈现的斑点图样的影像，而产生一待测影像信息。而这些参考影像信息和待测影像信息会送至处理模组， 使得处理模组会将这些参考影像信息和待测影像信息进行比对，而获得多个比对结果。借此，处理模组就可以将这些比对结果进行内插法运算，以计算出待测物的位置。从另一观点来看，本发明还提供一种测距方法，包括投射具有一斑点图样的面光源到在多个位置点上的参考平面和一待测物上，以使在这些位置点上的参考表面和待测物朝向面光源的表面上呈现斑点图样的影像，而此斑点图样具有多个斑点。接着，撷取每一位置点的参考平面上的斑点图样的影像，以获得多个参考影像信息，并且撷取待测物上的斑点图样的影像，以获得一待测影物像信息。借此，本发明会将这些参考影像信息与待测物影像信息进行比对，而获得多个比对结果。此时，将这些比对结果进行一内插法运算，以计算出待测物的位置。从另一观点来看，本发明更提供一种处理方法，包括接收多个参考影像信息，是由在多个位置点上的参考平面反射一面光源所投射的斑点图样而呈现的影像，而此斑点图样具有多个斑点。另外，接收一待测影像信息，其是一待测物朝向面光源的表面上所呈现斑点图样的影像。接着，将此待测物影像信息与每一参考影像信息进行比对，而获得多个比对结果。此时，本发明可以将这些比对结果进行内插法运算，以计算出待测物的位置。由于本发明是依据投射在参考平面和待测物上的斑点图样的影像来进行测距，因此可以实现非接触的三维测距技术。另外，本发明会将待测物影像信息与参考影像信息进行比对，而获得多个比对结果，并且将这些比对结果进行内插法运算。借此，就可以更精确地测量待测物的位置。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合附图，作详细说明如下。


图1绘示为依照本发明第--实施例的--种测距系统的示意图。
图2A-2D是绘示与一参考点相距70、75、80和85公分的参考平面上所呈现的斑点图样的影像。
图3绘示为依照本发明的--较佳实施例的一种在待测物的一表面上所呈现的斑点图样影像的示意图。
图4绘示为依照本发明第二二实施例的--种测距系统的示意图。
图5绘示为依照本发明第三三实施例的--种测距系统的示意图。
图6绘示为依照本发明第--实施例的--种测距方法的步骤流程图。
图7绘示为依照本发明第二二实施例的--种测距方法的步骤流程图。
主要元件符号说明
100、400、500 测距系统
102 光源模组
104 影像撷取装置
122、124、126 参考平面
132 待测物
302,304 待测物的一表面
402 透镜
404 分光元件
AX-AX ’ 光轴
IMGob 待测物影像信息
IMGjl:n]、IMGr[k-1]、IMGr[k]、IMGr [k+1]:参考影像信息
0 参考点
S602、S604、S606、S608、S610、S612、S702、S704、S706、S708、S710、S712 测距方法的步骤流程
具体实施例方式
图1绘示为依照本发明第一实施例的一种测距系统的示意图。请参照图1，本实施例所提供的测距系统100，包括光源模组102、影像撷取装置104和处理模组106。光源模组102可以提供一面光源，并且向一检测范围投射一斑点图样。另外，影像撷取装置104可以耦接处理模组106。在本实施例中，光源模组102包括激光光源112和扩散元件114。其中，激光光源 112可以是气体激光，例如是氦氖激光，亦或是半导体激光。另外，扩散元件114可以是扩散片、毛玻璃或其它的绕射元件。当激光光源112所发出的激光光束116打在扩散元件114 上时，会在扩散元件114中产生绕射和干射，而产生一面光源。请继续参照图1，在本实施例中，光源模组102可以将斑点图样投射在至少一参考平面上。在本实施例中，光源模组102会将斑点图样投射在参考平面122、1M和1 上，而这些参考平面122、124和1 分别位于不同的位置点。在一些实施例中，这些参考平面在一可视范围内彼此会互相平行。而在一些选择实施例中，每一参考平面所在的位置点与下一参考平面所在的位置点之间的距离都是相同的，只是，本发明并不以此为限。另外，在本实施例中，参考平面122、1M和1 大致上可以垂直激光光束116，也就是光源模组102所产生的面光源的光轴AX-AX’。当斑点图样被投射到这些参考平面上时，每一参考平面就会反射面光源而呈现斑点图样的影像，就如图2所示。图2A-2D是绘示与一参考点相距70、75、80和85公分的参考平面上所呈现的斑点图样的影像。从图2中可以看出，斑点图样的影像具有多个斑点。此时，影像撷取装置104就会撷取在每一参考平面122、124和1 上所呈现的斑点图样的影像，并且产生多个参考影像信息IMGr[l:n]给处理模组106，其中η为大于1正整数。在本实施例中，影像撷取装置104可以是摄影机或是电荷耦合元件。另外，处理模组106可以是一电脑系统或是一处理方法，可以用来解析一待测物的位置，详细的原理在以下各段中将有说明。在一些实施例中，影像撷取装置104的位置是放置在参考点0上，并放置在光轴 ΑΧ-ΑΧ’的一侧。从图2A-2D中可以得知，每一斑点在不同参考平面上的位置会不一样。为了能够确认每一斑点的位置，本实施例是利用各斑点在不同参考平面上的亮度当作参考。 也就是说，当斑点愈靠近光轴ΑΧ-ΑΧ’，则亮度愈亮。相对地，当斑点的位置随着不同的参考平面而渐渐远离光轴ΑΧ-ΑΧ’时，则亮度也会随的降低。借助测量每一参考平面上各斑点的亮度，就可以获得各斑点在不同参考平面上的位置。由于环境光会对斑点的亮度造成影响，而使处理模组106造成误判。因此，在一些实施例中，处理模组106可以先将所有斑点的亮度进行正规化运算，以去除环境亮度的影响。而在另外一些实施例中，处理模组106也可以先计算每一斑点与周围斑点的亮度关系， 而建立各斑点的亮度信息。接着，利用各斑点的亮度信息来取代亮度值进行运算，同样也可以去除环境亮度的影响。请回头参照图1，当一待测物132进入检测范围中时，其朝向面光源的表面上会反射面光源，而呈现斑点图样的影像，如图3所示。图3绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种在待测物的一表面上所呈现的斑点图样影像的示意图。在图3中，区域302和304中的影像，即是待测物126朝向面光源的表面上所呈现的斑点图样的影像。此时，影像撷取装置104会撷取待测物132上所呈现的斑点图样的影像，并且产生一待测物影像信息IMGqb给处理模组106。当处理模组106收到待测物影像信息IMGqb后，会将其与的前所获得的参考影像信息IMGJl :n]比对，并且获得多个相似度值，当作多个比对结果。此时，处理模组106会从所获得的相似度值中取最高的M个来进行运算，其中M为大于等于2的正整数。在本实施例中，处理模组106是从所获得的相似度值中取三个最高值当作候选值，并且计算出这三个候选值的比例。接着，处理模组106可以依据这三个候选值的比例，来进行内插法运算。在一些选择实施例中，内插法运算式可以如下所示
权利要求
1.一种测距系统，其特征在于，其包括一个光源模组，向在多个位置点上的参考平面和一个待测物投射具有一斑点图样的面光源，使得每一该些位置点上的参考平面和该待测物朝向该光源模组的表面呈现该斑点图样的影像，其中该斑点图样具有多个斑点；一个影像撷取装置，撷取各该位置点的参考平面上所呈现的斑点图样的影像，而产生多个参考影像信息，并撷取该待测物上所呈现的斑点图样的影像，而产生一个待测影像信息；以及一个处理模组，耦接该影像撷取装置，以将该些参考影像信息和该待测影像信息进行比对，而获得多个比对结果，且该处理模组更将该些比对结果进行内插法的运算，以计算出该待测物的位置。
2.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于该光源模组包括 激光光源，发射激光光束；以及一个扩散元件，放置在该激光光束行进的路径上，以接受该激光光束，且该激光光束在该扩散元件中会发生干涉现象和绕射现象，而产生该面光源。
3.根据权利要求1所述的测距系统，其中每一个该些位置点与下一个位置点的距离皆相同。
4.一种测距方法，其特征在于，其包括下列步骤投射具有斑点图样的面光源到多个位置点上的参考平面和一个待测物上，以使该些位置点上的参考表面和该待测物朝向该面光源的表面上呈现该斑点图样的影像，而该斑点图样具有多个斑点；撷取每一个该些位置点上的参考平面上的斑点图样的影像，以获得多个参考影像信息；撷取该待测物上的斑点图样的影像，以获得待测影物像信息； 比较该些参考影像信息和该待测影像信息而获得多个比对结果；以及将该些比对结果进行内插法运算，而计算出该待测物的位置。
5.根据权利要求4所述的测距方法，其特征在于，获得该些比对结果的步骤，包括将该待测影像信息分别与该些参考影像信息进行比对，而获得多个相似度值，当作该些比对结^ ο
6.根据权利要求5所述的测距方法，其特征在于，进行该内插法运算的步骤包括下列步骤找出该些相似度值中最高的至少两个；以及将该些最高的相似度值之间的比例进行该内插法运算，而计算出该待测物的位置。
7.根据权利要求4所述的测距方法，其中获得该些比对结果的步骤包括下列步骤比较每一该些斑点分别在各该位置点的参考平面上的位置，而获各该斑点的多个位移向量；以及将该待测物影像信息分别与该些参考影像信息比对，以依据每一个该些斑点的位移向量，而计算出该待测物的多个估测位置，并将该些估测位置当作该些比对结果。
8.根据权利要求4所述的测距方法，其特征在于，更包括下列步骤 将该些斑点的亮度进行正规化的处理，以去除环境亮度的影响；依据每一个该些斑点在不同位置点的参考平面上的亮度，而计算出各斑点在该些参考影像信息中的位置；以及将在该待测物影像信息中每一个该些斑点的位置，与该些参考影像信息中各斑点的位置进行比对，而获得该些比对结果。
9.根据权利要求4所述的测距方法，更包括下列步骤比对每一个该些斑点与周围斑点的亮度关系，而建立各斑点的亮度信息； 依据该些亮度信息，而计算出各斑点在该些参考影像信息中的位置；以及将在该待测物影像信息中每一该些斑点的位置，与该些参考影像信息中各斑点的位置进行比对，而获得该些比对结果。
10.一种处理方法，应用在测距系统中解析待测物的位置，其特征在于，该处理方法包括执行下列步骤接收多个参考影像信息，是由在多个位置点上的参考平面反射一个面光源所投射的斑点图样而呈现的影像，而该斑点图样具有多个斑点；接收一个待测影像信息，是一个待测物朝向该面光源的表面上所呈现该斑点图样的影像；比较该待测物影像信息和该些参考影像信息，而获得多个比对结果；以及将该些比对结果进行内插法运算，而计算出该待测物的位置。
11.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，获得该些比对结果的步骤，包括将该待测影像信息分别与该些参考影像信息进行比对，而获得多个相似度值，以当作该些计晳社里
12.根据权利要求11所述的处理方法，其特征在于，进行该内插法运算的步骤，包括下列步骤找出该些相似度值中最高的至少二个；以及将该些最高的相似度值之间的比例进行该内插法运算，而计算出该待测物的位置。
13.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，获得该些比对结果的步骤包括下列步骤比较每一个该些斑点分别在各该位置点的参考平面上的位置，而获得各斑点的多个位移向量；以及将该待测物影像信息分别与该些参考影像信息比对，以依据每一个该些斑点的位移向量，而计算出该待测物的多个估测位置，并将该些估测位置当作该些比对结果。
14.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，更包括执行下列步骤 将该些斑点的亮度进行正规化的处理，以去除环境亮度的影响；依据每一个该些斑点在不同位置点上的参考平面上的亮度，而计算出各斑点在该些参考影像信息中的位置；以及将在该待测物影像信息中每一个该些斑点的位置，与该些参考影像信息中各斑点的位置进行比对，而获得该些比对结果。
15.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，更包括执行下列步骤 比对每一个该些斑点与周围斑点的亮度关系，而建立各斑点的亮度信息； 依据该些亮度信息，而计算出各斑点在该些参考影像信息中的位置；以及将在该待测物影像信息中每一个该些斑点的位置，与该些参考影像信息中各斑点的位置进行比对，而获得该些比对结果。
全文摘要
一种测距方法，包括投射具有一斑点图样的面光源到一或多个参考平面和一待测物上，以使参考表面和待测物朝向该面光源的表面上呈现斑点图样的影像，而此斑点图样具有多个斑点。接着，撷取每一参考平面上的斑点图样的影像，以获得多个参考影像信息，并且撷取待测物上的斑点图样的影像，以获得一待测影物像信息。借此，本发明会将这些参考影像信息与待测物影像信息进行比对，而获得多个比对结果。此时，将这些比对结果进行一内插法运算，以计算出待测物的位置。
文档编号G01C3/00GK102445179SQ20101050540
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者古人豪, 杨恕先, 陈信嘉, 黄森煌 申请人:原相科技股份有限公司