CN101556427A - 三维实时摄像中光投影和图像采集的装置及其采集方法 - Google Patents

三维实时摄像中光投影和图像采集的装置及其采集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置及其采集方法，属于三维摄像图像采集领域。本发明装置中置于上平台上方的数据采集装置包括像机、第一成像反光镜、第二成像反光镜和直角棱镜，光线投影装置包括投影器件、第一投影反光镜和第二投影反光镜，投影器件固定在下平台上方，该装置还包括一个连接像机与投影器件的同步器；本发明的采集方法是根据不同的采集目标调节第一成像反光镜和第二成像反光镜相对于直角棱镜两个直角镜面的角度和距离以及第一投影反光镜和第二投影反光镜之间的角度和距离，最后通过同步器同步像机与投影器件得到采集图像。本发明用一个像机实现两个角度同时采集目标图像，实现了采集与投影实时同步。

Description

三维实时摄像中光投影和图像采集的装置及其采集方法
技术领域
本发明涉及一种三维摄像系统，尤其涉及一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置及其采集方法，属于三维摄像图像采集领域。
背景技术
基于三角视觉原理的三维成像，在三维计算时需要目标两个角度的信息。基于主动光投影的三维采集系统中，双像机采集时，在双像机光轴的角平分线上(或单像机采集时，在与单像机光轴线有一定夹角的方向上)一般需要有投影设备发出的光线，其发出的光路投影于采集目标。
基于双目像机的方法是通过两个像机之间的相互关系来确定三维信息，其中结构光投影提供立体匹配时的特征信息，这种方法可以达到较好的精度，但需要两套像机及其数字化采集设备，且两个彩色像机之间的几何和光电参数很难调整一致；基于单目像机的方法是通过像机与结构光投影设备之间的关系来确定三维信息，虽然只需一台摄像机，但三维数据采集精度相对较低。
发明内容
本发明为解决在三维摄像系统中用一个像机来采集三维数据的精度问题而提出一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置及其采集方法。
一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置，包括数据采集装置和光线投影装置，还包括同步器，所述数据采集装置包括像机、第一成像反光镜、第二成像反光镜和直角棱镜，数据采集装置固定在上平台上方，所述光线投影装置包括投影器件、第一投影反光镜和第二投影反光镜，投影器件固定在下平台上方，其中：像机的成像光轴平行于上平台的平面，直角棱镜固定于像机正前方，直角棱镜的两个直角面垂直于上平台的平面，像机的轴线和直角棱镜的横截面三角形的直角平分线保持一致，直角棱镜的两个直角面外表面为反光镜面，第一成像反光镜和第二成像反光镜分别位于直角棱镜的两侧并相对于直角棱镜左右对称，其镜面均垂直于上平台的平面，第一投影反光镜置于投影器件的投影镜头前方，第二投影反光镜置于直角棱镜斜面前方并同时置于第一投影反光镜的上方，两个投影反光镜镜面相对，投影器件发出的光线经第一投影反光镜和第二投影反光镜的反射投影到像机正前方的采集目标上，投影的光线最后与像机的镜头成像轴线保持一致，投影器件和像机分别连接同步器的输入端和输出端。
一种基于上述三维实时摄像中光投影和图像采集的装置的采集方法，包括如下步骤：
a.在像机前放置采集目标，激活像机进行观察；
b.根据需要取景范围的大小，分别调节第一成像反光镜和第二成像反光镜与直角棱镜对应的两个直角镜面的角度和距离，再观察像机；
c.观察采集目标是否分别通过第一成像反光镜和第二成像反光镜及直角棱镜的两个直角镜面成像于像机图像的左右两部分，若不是，则重复步骤b；
d.打开投影器件，调节第一投影反光镜和第二投影反光镜之间的角度和距离，使得由投影器件发出的光线通过第一投影反光镜和第二投影反光镜的反射完全投射到采集目标上；
e.观察第二投影反光镜上反射的光路是否与像机成像镜头的轴线保持一致，若不是，则重复步骤d；
f.将像机的外触发同步输入端与投影器件的帧同步输出端连接到同步器；
g.激活像机和投影器件，调节同步器的相位选择开关，直至像机与投影器件同步，最终可以清晰地从左右两个角度采集到被投影器件光线投影下的目标图像数据。
本发明是一种实时三维摄像系统中光投影和用一个像机从两个角度同时采集目标图像的装置及方法，其可以用一个像机从左右两个不同角度采集目标图像，投影设备可以将变化的图像通过上述两个采集光路的中间投影到采集目标上，通过同步器可以使采集与投影实时同步，两路光路所需要的几何和光电参数只要调整一个像机的几何和光电参数，其左右采集对应的几何和光电参数是一致的。本发明巧妙的安排投影器件的位置，并利用两个反光镜使得投影光路和像机的轴线一致。
附图说明
图1是本发明装置的俯视结构图，图中标号名称：1、像机；2、第一成像反光镜；3、第二成像反光镜；4、直角棱镜；5、采集目标；8、第二投影反光镜；9、同步器；10、上平台。
图2是本发明装置的正视结构图，图中标号名称：4、直角棱镜；5、采集目标；6、投影器件；7、第一投影反光镜；8、第二投影反光镜；9、同步器；10、上平台；11、下平台。
图3是本发明装置的图像采集方法流程图。
具体实施方式
图1和图2是本发明装置不同视角的结构图，结合图1和图2所示，一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置，包括数据采集装置和光线投影装置，还包括同步器9，所述数据采集装置包括像机1、第一成像反光镜2、第二成像反光镜3和直角棱镜4，数据采集装置固定在上平台10上方，所述光线投影装置包括投影器件6、第一投影反光镜7和第二投影反光镜8，投影器件6固定在下平台11上方，其中：像机1的成像光轴平行于上平台10的平面，直角棱镜4固定于像机1正前方，直角棱镜4的两个直角面垂直于上平台10的平面，像机1的轴线和直角棱镜4的横截面三角形的直角平分线保持一致，直角棱镜4的两个直角面外表面为反光镜面，第一成像反光镜2和第二成像反光镜3分别用螺丝固定在直角棱镜4的两侧上平台10上并相对于直角棱镜4左右对称，其镜面均垂直于上平台10的平面，第一成像反光镜2和第二成像反光镜3可以调节与直角棱镜4对应的直角镜面的角度和距离，第一投影反光镜7置于投影器件6的投影镜头前方，第二投影反光镜8置于直角棱镜4斜面前方并同时置于第一投影反光镜7的上方，两个投影反光镜镜面相对并且可以调节两者之间的角度和距离，投影器件6发出的光线经第一投影反光镜7和第二投影反光镜8的反射投影到像机1正前方的采集目标5上，投影的光线最后与像机1的镜头成像轴线保持一致，同步器9用一块电路板实现输入信号的频率变换以及输出频率信号在一个周期内不同程度的移相，同步器9的输入端连接投影器件6的帧同步信号，其输出端连接的像机1外触发同步信号是用来控制像机1的曝光频率，同步器9上有相位选择开关，输出信号的相位可通过相位选择开关在一个周期内对像机1的外触发进行不同程度的相位调节，实现了光线投影和像机1对被投影目标图像数据采集的实时同步。
如图3所示是基于上述的三维实时摄像中光投影和图像采集的装置的采集方法，包括如下步骤：
a.在像机1前放置采集目标5，激活像机1进行观察；
b.根据需要取景范围的大小，分别调节第一成像反光镜2和第二成像反光镜3与直角棱镜4对应的两个直角镜面的角度和距离，再观察像机1；
c.观察采集目标5是否分别通过第一成像反光镜2和第二成像反光镜3及直角棱镜4的两个直角镜面成像于像机图像的左右两部分，若不是，则重复步骤b；
d.打开投影器件6，调节第一投影反光镜7和第二投影反光镜8之间的角度和距离，使得由投影器件6发出的光线通过第一投影反光镜7和第二投影反光镜8的反射完全投射到采集目标5上；
e.观察第二投影反光镜8上反射的光路是否与像机1成像镜头的轴线保持一致，若不是，则重复步骤d；
f.将像机1的外触发同步输入端与投影器件6的帧同步输出端连接到同步器9；
g.激活像机1和投影器件6，调节同步器9的相位选择开关，直至像机1与投影器件6同步，最终可以清晰地从左右两个角度采集到被投影器件6光线投影下的目标图像数据。

Claims (5)

1、一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置，包括数据采集装置和光线投影装置，其特征在于：还包括同步器(9)，所述数据采集装置包括像机(1)、第一成像反光镜(2)、第二成像反光镜(3)和直角棱镜(4)，数据采集装置固定在上平台(10)上方，所述光线投影装置包括投影器件(6)、第一投影反光镜(7)和第二投影反光镜(8)，投影器件(6)固定在下平台(11)上方，其中：像机(1)的成像光轴平行于上平台(10)的平面，直角棱镜(4)固定于像机(1)正前方，直角棱镜(4)的两个直角面垂直于上平台(10)的平面，像机(1)的轴线和直角棱镜(4)的横截面三角形的直角平分线保持一致，直角棱镜(4)的两个直角面外表面为反光镜面，第一成像反光镜(2)和第二成像反光镜(3)分别位于直角棱镜(4)的两侧并相对于直角棱镜(4)左右对称，其镜面均垂直于上平台(10)的平面，第一投影反光镜(7)置于投影器件(6)的投影镜头前方，第二投影反光镜(8)置于直角棱镜(4)斜面前方并同时置于第一投影反光镜(7)的上方，两个投影反光镜镜面相对，投影器件(6)发出的光线经第一投影反光镜(7)和第二投影反光镜(8)的反射投影到像机(1)正前方的采集目标(5)上，投影的光线最后与像机(1)的镜头成像轴线保持一致，投影器件(6)和像机(1)分别连接同步器(9)的输入端和输出端。
2、根据权利要求1所述一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置，其特征在于：第一成像反光镜(2)和第二成像反光镜(3)分别与直角棱镜(4)对应的两个直角镜面的角度和距离可调。
3、根据权利要求1所述一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置，其特征在于：第一投影反光镜(7)和第二投影反光镜(8)之间的角度和距离可调。
4、根据权利要求1所述一种三维实时摄像中光投影和图像采集的装置，其特征在于：所述同步器(9)还具有输出信号的相位选择开关。
5、一种基于权利要求1所述的三维实时摄像中光投影和图像采集的装置的采集方法，其特征在于包括如下步骤：
a.在像机(1)前放置采集目标(5)，激活像机(1)进行观察；
b.根据需要取景范围的大小，分别调节第一成像反光镜(2)和第二成像反光镜(3)与直角棱镜(4)对应的两个直角镜面的角度和距离，再观察像机(1)；
c.观察采集目标(5)是否分别通过第一成像反光镜(2)和第二成像反光镜(3)及直角棱镜(4)的两个直角镜面成像于像机图像的左右两部分，若不是，则重复步骤b；
d.打开投影器件(6)，调节第一投影反光镜(7)和第二投影反光镜(8)之间的角度和距离，使得由投影器件(6)发出的光线通过第一投影反光镜(7)和第二投影反光镜(8)的反射完全投射到采集目标(5)上；
e.观察第二投影反光镜(8)上反射的光路是否与像机(1)成像镜头的轴线保持一致，若不是，则重复步骤d；
f.将像机(1)的外触发同步输入端与投影器件(6)的帧同步输出端连接到同步器(9)；
g.激活像机(1)和投影器件(6)，调节同步器(9)的相位选择开关，直至像机(1)与投影器件(6)同步，最终可以清晰地从左右两个角度采集到被投影器件(6)光线投影下的目标图像数据。
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