CN101546111A - 单相机双目宽基线折反射全景立体成像方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用单相机实现全景立体成像方法及其装置。第一折反射器与第二折反射器同轴相向放置，第一折反射器折射或反射从第一视点所观察到的全向场景光束，第二折反射器折射或反射从第二视点所观察到的全向场景光束；光路转向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且与第一折反射器和第二折反射器同轴；光路转向器偏转由第一折反射器和第二折反射器所反射的光束为同一方向；图像成像器捕捉由光路转向器所偏转的光束以形成图像并输出含有相同分辨率的第一和第二视图的图像。本发明具有宽基线，图对分辨率相同，实时性强，立体深度提取精度高，立体图对匹配算法简单，应用范围广等优点。

Description

单相机双目宽基线折反射全景立体成像方法及其装置

技术领域

本发明涉及立体成像技术，尤其涉及一种单相机双目宽基线折反射全景立体成像方法及其装置。

背景技术

常规光学成像系统视场较小且只能记录场景的光强信息，因此重现的场景缺乏沉浸感和立体感。近年来，由于机器视觉和虚拟现实技术的发展，增强了对大场景的立体感知和重现的需求，在光电学、计算机视觉和计算机图形学发展的推动下，出现了全景立体成像技术。

全景立体成像是通过两个视点对同一场景成像获得两幅全景图像，利用双目视觉原理提取场景中的深度信息。常规全景立体成像系统需要使用两个全景成像镜头或多个小视场成像镜头对同一场景成像获取大视场景物的立体信息以实现实时全景立体成像。这类方法需要多个独立的成像系统，由于系统间存在物理特性差异，而且需要进行立体图对的校准和拼接，导致系统结构和匹配算法复杂。

单相机双反射曲面镜的全景立体成像方法，将两个曲面镜上下同轴放置，但由于其曲面镜之间的有效视点距离(即基线长度)短导致深度提取精度不高。另外，由于其所获得的两个图像具有分辨率差异，需要进行分辨率匹配，导致对应点之间的深度提取精度进一步降低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的单相机全景立体成像系统短基线和两幅全景图像分辨率不匹配的不足，提供一种具有系统结构和匹配算法简单、宽基线、图像分辨率匹配的单相机双目折反射全景立体成像方法及其装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

单相机双目宽基线折反射全景立体成像方法是：第一折反射器与第二折反射器同轴相向放置，第一折反射器折射或反射从第一视点所观察到的全向场景光束，第二折反射器折射或反射从第二视点所观察到的全向场景光束；光路转向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且与第一折反射器和第二折反射器同轴；光路转向器偏转由第一折反射器和第二折反射器所反射的光束为同一方向；图像成像器捕捉由光路转向器所偏转的光束以形成图像并输出含有相同分辨率的第一和第二视图的图像。

单相机双目宽基线折反射全景立体成像装置包括第一折反射器、第二折反射器、光路转向器、图像成像器，在同一轴线上依次设有第一折反射器、光路转向器、第二折反射器，在光路转向器同一光轴上设有图像成像器。

所述第一折反射器、第二折反射器为曲面反射镜或大视场透镜。光路转向器为V型平面镜或棱镜。图像成像器为照相机或摄像机。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)图对分辨率相同，本发明用单个相机获得的两幅图像大小相等(即图像分辨率匹配)；

2)图像成像器的成像面利用充分，两幅并排等大的圆形全景图像对比两幅同心圆环全景图像对能更充分的利用现有长方形CCD的有效成像面积；

3)系统结构和匹配算法简单，本发明只使用单个相机，降低了系统的复杂性；图对分辨率相同，降低了匹配算法的难度；

4)宽基线，第一和第二折反射器分离扩大了系统的有效视点间的距离；

5)精度高，由于图对分辨率相同和宽基线的特点，使得场景立体深度信息的提取精度增加；

6)实时性高，由于匹配算法简单，降低了计算机的运算需求，提供了系统的实时性；

7)应用范围广，本发明能够应用于机器视觉、虚拟现实和视频监控等领域。

附图说明

图1是单相机双目宽基线折反射全景立体成像方法原理图；

图2是单相机双目宽基线折反射全景立体成像结构示意图。

图中：第一折反射器1、第二折反射器2、光路转向器3、图像成像器4。

具体实施方式

下文将结合附图详细描述本发明示范性实施例

如图1所示，单相机双目宽基线折反射全景立体成像方法是：第一折反射器与第二折反射器同轴相向放置，第一折反射器折射或反射从第一视点所观察到的全向场景光束，第二折反射器折射或反射从第二视点所观察到的全向场景光束；光路转向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且与第一折反射器和第二折反射器同轴；光路转向器偏转由第一折反射器和第二折反射器所反射的光束为同一方向；图像成像器捕捉由光路转向器所偏转的光束以形成图像并输出含有相同分辨率的第一和第二视图的图像。

如图2所示，单相机双目宽基线折反射全景立体成像装置包括第一折反射器1、第二折反射器2、光路转向器3、图像成像器4，在同一轴线上依次设有第一折反射器1、光路转向器3、第二折反射器2，在光路转向器3同一光轴上设有图像成像器4。

所述第一折反射器1、第二折反射器2为曲面反射镜或大视场透镜。光路转向器3为V型平面镜或棱镜。图像成像器4为照相机或摄像机。

本发明的工作过程如下：

本发明基于全景成像技术，提出了仅利用单个成像器件就能实现全景立体成像的新方法及其装置。在同一成像面上同时获得两个不同视点的同样大小的全景图像，进而利用双目视觉原理获取全景立体信息。利用同轴的两个全景曲面反射镜和转向镜，将垂直于轴向360度环带物空间中的同一个物点成像在位于同一成像面上不同成像区域的两个像点上。这两个像点分别位于彼此相邻且大小相同的环带像区域内，由于这两个像点是从不同的视角对同一物点所获得的信息，因此就可基于双目视觉原理获得该物点的深度信息，从而仅用单个成像器件就可实现全景环带空间的立体成像。

全景立体成像是基于全景成像技术对大视场立体成像，获取全景深度信息来重现场景的沉浸感和立体感。常规全景立体成像系统需要使用多个小视场成像系统或两个全景成像系统对同一场景成像获取大视场景物的立体信息以实现实时全景立体成像。这类方法需要若干独立成像系统，及系统间的实时兼容配合与立体图对的校准和拼接，而且系统间存在物理特性差异，导致系统结构和匹配算法复杂。一般而言，全景成像具有单视点的特征，即在一个视点对全向场景成像；全景立体成像具有两个或多个视点，在垂直于两个视点连线方向上获得的场景具有立体感，但在两个视点连线的方向上获得的场景缺乏立体感。从两个视点分别得到的两幅全景图的某些区域能恢复深度信息，但有些区域却不能恢复深度信息。因此，较为完善的全景立体成像技术应该较好地克服全景成像中单视点全向成像的要求和立体成像中多视点成像的要求之间的矛盾。

Claims (5)

1.一种单相机双目宽基线折反射全景立体成像方法，其特征在于：第一折反射器与第二折反射器同轴相向放置，第一折反射器折射或反射从第一视点所观察到的全向场景光束，第二折反射器折射或反射从第二视点所观察到的全向场景光束；光路转向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且与第一折反射器和第二折反射器同轴；光路转向器偏转由第一折反射器和第二折反射器所反射的光束为同一方向；图像成像器捕捉由光路转向器所偏转的光束以形成图像并输出含有相同分辨率的第一和第二视图的图像。

2.一种如权利要求1所述方法设计的单相机双目宽基线折反射全景立体成像装置，其特征在于包括第一折反射器(1)、第二折反射器(2)、光路转向器(3)、图像成像器(4)，在同一轴线上依次设有第一折反射器(1)、光路转向器(3)、第二折反射器(2)，在光路转向器(3)同一光轴上设有图像成像器(4)。

3.根据权利要求2所述的一种单相机双目宽基线折反射全景立体成像装置，其特征在于其中所述第一折反射器(1)、第二折反射器(2)为曲面反射镜或大视场透镜。

4.根据权利要求2所述的一种单相机双目宽基线折反射全景立体成像装置，其特征在于所述光路转向器(3)为V型平面镜或棱镜。

5.根据权利要求2所述的一种单相机双目宽基线折反射全景立体成像装置，其特征在于所述图像成像器(4)为照相机或摄像机。