專利名稱：超聲波測距方法、測距系統(tǒng)及具有其的攝像組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波測距方法及采用該超聲波測距方法進行測距的一種測距系統(tǒng)和具有其的攝像組件。
背景技術(shù)：
攝像頭圖像監(jiān)控設(shè)備在日常生活中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，利用攝像頭圖像監(jiān)控設(shè)備可以延伸人們的觀察和控制范圍，在不方便人員在現(xiàn)場或者無人職守的環(huán)境中起到了非常大的作用。然而，傳統(tǒng)攝像頭拍攝的圖像沒有距離感，操作人員無法在圖像上了解到被觀察的目標與觀察點的實際距離，且在動態(tài)監(jiān)控的過程中無法準確的觀測距離。超聲波測距設(shè)備在我們?nèi)粘Ｉ钪型瑯討?yīng)用的十分廣泛，利用基本的電聲學原理，通過時間差可以簡單的測量距離。然而，由于超聲波是球面波，傳播過程中的指向性較差且有一定的擴散角，并且測量的參照系是以超聲波傳感器為原點的極坐標系，因此傳統(tǒng)的超聲測距測量到的距離實際上是極坐標中的矢量半徑的長度而不是被測目標與參考點的實際距離。此外，為了提高測量精度，則需要使用更多指向性較強的超聲波傳感器，成本尚ο但值得注意的是，超聲波傳感器無法像激光一樣具有非常強的指向性，目前最好的超聲波傳感器的擴散角度不會小于15度，這也就導(dǎo)致了傳統(tǒng)超聲波測距的方法不能精確的測量距離。另外，當需要測量大體積物體的距離時，單個的超聲波探頭測量范圍太小， 無法滿足需求，因此往往需要使用超聲波傳感器陣列，測量的物體越大，需要的傳感器數(shù)量就越多，但是數(shù)量太多的超聲波探頭之間又會造成相互干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的第一方面的一個目的在于提出可精確測量距離的超聲波測距方法。根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的超聲波測距方法，包括以下步驟(1)將至少兩個超聲波傳感器傾斜地設(shè)置在第一平面上，所述超聲波傳感器的法線可相交，并設(shè)置參考原點；(2)由所述至少兩個超聲波傳感器中的其中一個向被測目標發(fā)射超聲波，并且所述至少兩個超聲波傳感器同時采集超聲波回波；其中所述被測目標位于所述至少兩個超聲波傳感器的測量范圍的交集內(nèi)且所述被測目標在所述至少兩個超聲波傳感器的法線所確定的第二平面上；(3)根據(jù)所述超聲波回波計算出每個超聲波傳感器與被測目標之間的矢量距離； 以及(4)計算出被測目標與所述第一平面之間的垂直距離，以及被測目標在所述第一平面上的投影相對于參考原點的距離。根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的超聲波測距方法，通過多個超聲波傳感器與第一平面之間傾斜地設(shè)置以組成傳感器陣列，測量范圍由多個超聲波傳感器的測量范圍共同確定，擴展了測量范圍且提高了測量精度，并減少了傳統(tǒng)的測距方法中傳感器的使用數(shù)量，降低了成本且可減少相互干擾。本發(fā)明的第二方面的一個目的在于提供一種測距系統(tǒng)，所述測距系統(tǒng)可采用上述超聲波測距方法進行測距。根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的測距系統(tǒng)，包括至少兩個超聲波傳感器，所述至少兩個超聲波傳感器傾斜地設(shè)置在第一平面上且法線可相交；以及至少兩條超聲波測距電纜，所述至少兩條超聲波測距電纜分別連接至所述至少兩個超聲波傳感器；其中，所述至少兩個超聲波傳感器采用上述第一方面實施例的超聲波測距方法對被測目標進行測距并通過所述超聲波測距電纜輸出超聲波測距信號。根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的測距系統(tǒng)，采用上述第一方面實施例中的超聲波測距方法進行測距，提高了測量精度，擴展了測量范圍，并且成本降低。本發(fā)明的第三方面的一個目的在于提供一種攝像組件。根據(jù)本發(fā)明第三方面實施例的攝像組件，包括攝像頭本體，所述攝像頭本體包括外殼；數(shù)據(jù)采集合成控制電路板，所述數(shù)據(jù)采集合成控制電路板設(shè)在所述外殼內(nèi)；和鏡頭，所述鏡頭設(shè)在所述外殼內(nèi)且固定在所述數(shù)據(jù)采集合成控制電路板上；上述第二方面實施例中所述的測距系統(tǒng)；其中所述數(shù)據(jù)采集合成控制電路板采集來自于所述至少兩個超聲波傳感器的超聲波測距信號和來自于鏡頭的光學圖像信號且處理形成帶有距離信號的圖像信號并輸出。根據(jù)本發(fā)明第三方面實施例的攝像組件，在監(jiān)控圖像的同時還帶有測距功能，擴展了攝像頭的使用功能，同時，采用了更精確測量的超聲波測距方法，可獲得更精確的距離和方位數(shù)據(jù)，減少了超聲波傳感器的使用數(shù)量，并且克服了傳統(tǒng)的攝像頭的圖像沒有距離感的缺陷。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲波測距方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的攝像組件的示意圖；圖3是圖2中所示的攝像組件中的攝像頭本體的爆炸示意圖；圖4是圖2中所示的攝像組件中的數(shù)據(jù)采集合成控制電路板中的模塊示意圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的攝像組件的工作示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。下面參考圖1首先描述根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲波測距方法。根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲波測距方法，包括以下步驟(1)將至少兩個超聲波傳感器傾斜地設(shè)置在第一平面上，所述超聲波傳感器的法線可相交，并設(shè)置參考原點；(2)由所述至少兩個超聲波傳感器中的其中一個向被測目標發(fā)射超聲波，并且所述至少兩個超聲波傳感器同時采集超聲波回波；其中所述被測目標位于所述至少兩個超聲波傳感器的測量范圍的交集內(nèi)且所述被測目標在所述至少兩個超聲波傳感器的法線所確定的第二平面上；(3)根據(jù)所述超聲波回波計算出每個超聲波傳感器與被測目標之間的矢量距離； 以及(4)計算出被測目標與所述第一平面之間的垂直距離，以及被測目標在所述第一平面上的投影相對于參考原點的距離。根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲波測距方法，通過多個超聲波傳感器與平面之間傾斜地設(shè)置以組成傳感器陣列，測量范圍由多個超聲波傳感器的測量范圍共同確定，擴展了測量范圍且提高了測量精度，并減少了傳統(tǒng)的測距方法中傳感器的使用數(shù)量，降低了成本且可減少相互干擾。在本發(fā)明的一個實施例中，超聲波傳感器包括第一超聲波傳感器A和第二超聲波傳感器B，其中第一和第二超聲波傳感器的法線與第一平面之間的傾角互補。具體地，如圖 1所示，第一超聲波傳感器A和第二超聲波傳感器B傾斜地設(shè)置在第一平面P上，且假設(shè)第一超聲波傳感器A的法線m與第一平面P之間的傾角為θ 1，第二超聲波傳感器B的法線 Ν2與第一平面P之間的傾角為Θ2，則θ1+θ2=180°。可選地，第一超聲波傳感器A的法線與第一平面P之間的角度θ 1的范圍為0 180度，其中Θ1、θ 2的具體角度可由期望設(shè)計測量范圍β以及第一和第二超聲波傳感器的測量角度范圍Y所決定。在本實施例中，被測目標在第一超聲波傳感器A的法線m和第二超聲波傳感器B的法線N2所確定的第二平面(即如圖1中紙面所在平面)上。在本實施例中，實施上述步驟(2)時，由第一超聲波傳感器A或第二超聲波傳感器 B向被測目標發(fā)射超聲波信號，然后由第一超聲波傳感器A和第二超聲波傳感器B同時接收超聲波回波信號，由此獲得同一個被測目標的兩個反射信號，通過聲波傳遞速度換算得到第一超聲波傳感器A與被測目標之間的矢量距離a和第二超聲波傳感器B與被測目標之間的矢量距離b。具體地，第一超聲波傳感器A與被測目標之間的矢量距離a和第二超聲波傳感器 B與被測目標之間的矢量距離b的計算公式如下(1) a = 34 X /2 X Z-X ；(2) b = 34 X T2/2 X Z-X ；其中，a和b的單位為厘米(cm) ；Tl和T2分別為第一和第二超聲波傳感器從發(fā)射超聲波的時間為起點，到接收到超聲波回波的的時間為終點之間的消耗時間，單位為毫秒 (ms) ；Z為比例校正因子，無單位系數(shù)；X為盲區(qū)校正因子，單位為厘米(cm)。對于Z和X，可通過下述方法進行計算出①在第一超聲波傳感器A或第二超聲波傳感器B的測量交集范圍內(nèi)且在法線m 和N2確定的第二平面上放置已確定距離的參考目標，其中參考目標與第一超聲波傳感器A 之間的矢量距離為m，參考目標與第二超聲波傳感器B之間的矢量距離為n，且矢量距離m 和η均為已知；②由第一超聲波傳感器A或第二超聲波傳感器B向參考目標發(fā)射超聲波信號，然后由第一超聲波傳感器A和第二超聲波傳感器B同時接收超聲波回波信號，其中第一超聲波傳感器A從發(fā)射超聲波至接收到超聲波回波的時間為Τ3，第二超聲波傳感器B從發(fā)射超聲波至接收到超聲波回波的時間為Τ4 ；③通過下列公式(3)和⑷計算出Z和X (3) m = 34 X T3/2 X Ζ-Χ ；(4) η = 34 X Τ4/2 X Z-X。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖1所示，設(shè)置參考原點0為第一超聲波傳感器A的中心，在上述步驟中計算出第一超聲波傳感器A和第二超聲波傳感器B分別與被測目標之間的矢量距離a和b后，根據(jù)上述公式(1)和( 計算出被測目標與第一平面P之間的垂直距離H，以及被測目標在第一平面P上的投影相對于參考原點0的距離V，其中參考原點0、距離V和距離H均處于所述第二平面內(nèi)，從而得到該被測目標的具體方位。在本發(fā)明的一個示例中，距離H和距離0可采用三角定位原理改良算法計算出，具體地，通過以下公式實現(xiàn)
a+b+cP= 權(quán)利要求
1.一種超聲波測距方法，包括以下步驟(1)將至少兩個超聲波傳感器傾斜地設(shè)置在第一平面上，所述超聲波傳感器的法線可相交，并設(shè)置參考原點；(2)由所述至少兩個超聲波傳感器中的其中一個向被測目標發(fā)射超聲波，并且所述至少兩個超聲波傳感器同時采集超聲波回波；其中所述被測目標位于所述至少兩個超聲波傳感器的測量范圍的交集內(nèi)且所述被測目標在所述至少兩個超聲波傳感器的法線所確定的第二平面上；(3)根據(jù)所述超聲波回波計算出每個超聲波傳感器與被測目標之間的矢量距離；以及(4)計算出被測目標與所述第一平面之間的垂直距離，以及被測目標在所述第一平面上的投影相對于參考原點的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測距方法，其特征在于，所述超聲波傳感器包括第一和第二超聲波傳感器，且所述第一和第二超聲波傳感器的法線與所述第一平面之間的傾角互補。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波測距方法，其特征在于，所述第一超聲波傳感器的法線與所述第一平面之間的角度的范圍為0 180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波測距方法，其特征在于，所述步驟(5)通過以下公式實現(xiàn)
5.一種測距系統(tǒng)，其特征在于，包括至少兩個超聲波傳感器，所述至少兩個超聲波傳感器傾斜地設(shè)置在第一平面上且法線可相交；以及至少兩條超聲波測距電纜，所述至少兩條超聲波測距電纜分別連接至所述至少兩個超聲波傳感器；其中，所述至少兩個超聲波傳感器采用根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的超聲波測距方法對被測目標進行測距并通過所述超聲波測距電纜輸出超聲波測距信號。
6.一種攝像組件，包括攝像頭本體，所述攝像頭本體包括夕卜殼；數(shù)據(jù)采集合成控制電路板，所述數(shù)據(jù)采集合成控制電路板設(shè)在所述外殼內(nèi)；和鏡頭，所述鏡頭設(shè)在所述外殼內(nèi)且固定在所述數(shù)據(jù)采集合成控制電路板上；根據(jù)權(quán)利要求5所述的測距系統(tǒng)；其中所述數(shù)據(jù)采集合成控制電路板采集來自于所述至少兩個超聲波傳感器的超聲波測距信號和來自于鏡頭的光學圖像信號且處理形成帶有距離信號的圖像信號并輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攝像組件，其特征在于，進一步包括支架，所述支架構(gòu)成所述至少兩個超聲波傳感器傾斜地設(shè)置在其上的第一平面，且所述鏡頭設(shè)置在所述支架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的攝像組件，其特征在于，超聲波傳感器包括第一和第二超聲波傳感器，且所述第一和第二超聲波傳感器的法線與所述第一平面之間的傾角互補。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的攝像組件，其特征在于，所述第一和第二超聲波傳感器的法線相對于所述鏡頭的法線線互相對稱。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的攝像組件，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集合成控制電路板包括圖像傳感器模塊，所述圖像傳感器模塊用于接收光學圖像信號并轉(zhuǎn)換為圖像電信號； 超聲波驅(qū)動模塊，所述超聲波驅(qū)動模塊驅(qū)動所述超聲波傳感器發(fā)射超聲波并采集超聲波回波并輸出超聲波測距信號；超聲波信號接收端口，所述超聲波信號接收端口用于接收所述超聲波測距信號； 微控制器；圖像處理模塊，所述圖像處理模塊用于處理所述圖像電信號和超聲波測距信號； 圖像輸出端口；其中，超聲波信號接收端口接收的超聲波測距信號通過微控制器處理后獲得距離數(shù)據(jù)信號，所述圖像處理模塊將所述距離數(shù)據(jù)信號與所述圖像電信號合成為新的帶有距離信息的圖像信號，并通過所述圖像輸出端口向外輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超聲波測距方法，包括以下步驟將至少兩個超聲波傳感器傾斜地設(shè)置在第一平面上、法線可相交，并設(shè)置參考原點；由超聲波傳感器中其中一個向被測目標發(fā)射超聲波且同時采集超聲波回波；其中被測目標位于超聲波傳感器的測量范圍的交集內(nèi)且在超聲波傳感器的法線所確定的第二平面上；計算出每個超聲波傳感器與被測目標之間的矢量距離；以及計算出被測目標的具體方位。根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲波測距方法，通過超聲波傳感器傾斜地設(shè)置組成傳感器陣列，提高了測量精度和測量范圍，減少了傳感器的使用數(shù)量，降低成本且減少干擾。本發(fā)明還提供一種采用上述測距方法進行測距的測距系統(tǒng)和具有其的攝像組件。
文檔編號H04N5/225GK102478655SQ201010576180
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者陳明 申請人:比亞迪股份有限公司