CN101588512B - 一种立体摄像装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及立体图象拍摄领域，公开了一种立体摄像装置，包括分别用于模拟人眼接收外部光线的第一和第二光学成像透镜组；第一平面反射镜、第二平面反射镜和第三反射镜，第一平面反射镜和第二平面反射镜用于将来自对应于第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组的光线进行一次反射，第三反射镜位于第一平面反射镜和第二平面反射镜中间对来自一次反射的光线进行二次反射；单个图像传感器，在其成像平面上接收二次反射光线并形成并列的两幅图像；图像处理电路处理图像传感器的图像信号形成立体图像信号。本发明还公开了一种立体摄像方法，通过本发明提供的立体摄像装置及方法，由于采用单一的图象传感器，能够以较低成本获得成像效果好的立体图像。

Description

一种立体摄像装置及方法
技术领域
本发明涉及立体图象拍摄与处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于立体图像拍摄的立体摄像装置及立体摄像方法。
背景技术
立体摄像技术和立体摄像产品可以应用在手机、摄像机、MP4、眼镜式显示设备、模拟现实设备和遥控机器人等产品上，可以在民用、军用、科研、游戏等领域发挥巨大的作用。
人眼根据左右眼的视觉差异可以对所见物体产生立体感觉，所以一般的立体摄像设备都是利用双摄像镜头来对物体进行成像然后对图像进行处理。但是这样带来的问题很突出：主要体现在1、双镜头在聚焦性能上不一致，左右视频清晰度不相同，最后导致图像成像模糊。2、双镜头在安装上无法保证图像在对位上一致，导致图像在视角上无法保证水平和倾斜一致性，到时两幅图像在立体重合时出现偏差，图像会产生模糊叠影。3、双图像传感器的一致性差异导致在图像亮度、对比度、色度、灰阶等特性上不一致，左右图像出现视觉明显差异，图像立体重合时会产生视觉晕眩、图像模糊等现象。4、双图像传感器在成像时，很难保证两个画面为像素同步，左右眼图像出现时间上差距，这样在合成立体图像或照片时，出现两个不同步的影像而造成立体效果变差甚至失去立体效果而变成重影。因此，需要一种立体摄像装置及立体摄像方法，用精密光学成像结构来保证光路上的一致性，用同一个图像传感器来接受两路图像，保证了图像成像的电性能完全一致以及良好的同步性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的图像成像模糊和采用双图像传感器的一致性差异，以及同步性能差导致在图像亮度、对比度、色度、灰阶、同步上不一致的不足和缺陷，提供一种立体摄像装置及立体摄像方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种立体摄像装置，包括：
第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组，用与模拟人眼接收外部光线；
第一平面反射镜、第二平面反射镜和第三反射镜，第一平面反射镜和第二平面反射镜用于将来自对应于第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组的光线进行一次反射，第三反射镜位于第一平面反射镜和第二平面反射镜的中间对来自一次反射的光线进行二次反射；
单个图像传感器，在其成像平面上接收二次反射的光线并形成并列的两幅图像；
图像处理电路，接收来自所述图像传感器的图像信号并进行处理形成立体图像信号。
具体的，所述第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组之间的横向距离范围是40至100毫米。
具体的，所述第三反射镜是双面呈一定夹角排列的反射镜。
具体的，所述单个图像传感器是CCD/CMOS图像传感器。
具体的，所述图像处理电路进一步包括图像数据获取电路、左路帧缓存、右路帧缓存和图像格式处理电路；
所述图像数据获取电路用于获取来自所述图像传感器的图像信号数据并分离成两个图像数据；
所述左路帧缓存和右路帧缓存分别用于存储所述图像数据获取电路分离的两个图像数据；
所述图像格式处理电路用于合并来自所述左路帧缓存和右路帧缓存的两个图像数据形成立体图像数据。
为了更好地实现发明目的，提供一种立体摄像方法，具体包括以下步骤：
S1.横向并列安装两个光学成像透镜组模拟人眼接收外部光线；
S2.通过两个平面反射镜对两个光学成像透镜组接收的外部光线进行一次反射并由位于两个平面反射镜中间的第三反射镜对两个一次反射的光线进行二次反射；
S3.采用单个图像传感器在其成像平面上接收来自第三反射镜的二次反射光线形成两个并列的图像；
S4.对所述单个图像传感器形成的图像信号进行处理形成立体图像信号。
在本发明所述的方法中，所述步骤S1中两个光学成像透镜组之间的横向距离范围是40至100毫米。
在本发明所述的方法中，所述第三反射镜是双面呈一定夹角排列的反射镜。
在本发明所述的方法中，所述单个图像传感器是CCD/CMOS图像传感器。
在本发明所述的方法中，所述步骤S4进一步包括：
S41.获取单个图像传感器形成的图像信号数据；
S42.将获取的单个图像传感器形成的图像信号数据分离成两个图像数据并分别存储在左右两个帧缓存中；
S43.将两个帧缓存中的图像数据合并形成立体图像数据。
实施本发明提供的一种立体摄像装置及方法，通过使用单一的图象传感器，可以得到左右画面无延时的完整图像画面，相比现有技术而言，本发明所展现的图像具有左右无延时(即良好的同步性能)、画面视频格式变化多、画面的素质高度统一等优点，从而解决了现有技术中的图像模糊的问题，保证了图像成像的电性能、同步一致性。
附图说明
下面将结合附图及实施例，对本发明作进一步说明，附图中：
图1是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置的结构图，
图2是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置中的图像处理电路的结构示意图，
图3是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像方法的流程图，
图4是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置中的单一图像传感器的成像平面上的成像示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。
如图1所示的是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置的结构图，其中，立体摄像装置100包括光学成像组件110、单一图像传感器120和图像处理电路130；
所述光学成像组件110包括第一光学成像透镜组111、第二光学成像透镜组112、第一平面反射镜114、第二平面反射镜115和第三反射镜113；
所述第一光学成像透镜组111和第二光学成像透镜组112用与模拟人眼接收外部光线，所述第一光学成像透镜组111和第二光学成像透镜组112之间的横向距离范围是40至100毫米，与人眼的瞳距一致，在安装上保证结构的精密性；所述第一平面反射镜114和第二平面反射镜115用于将来自对应于第一光学成像透镜组111和第二光学成像透镜组112的光线进行一次反射，第三反射镜113位于第一平面反射镜114和第二平面反射镜115的中间对来自一次反射的光线进行二次反射，所述第三反射镜113是双面呈一定夹角排列的反射镜也可以是其它立体形状的具有双反射镜面的反射镜；所述单一图像传感器120是CCD/CMOS图像传感器，其成像平面接收所述第三反射镜113的二次反射光线并形成并列的两幅图像，所述单一图像传感器120的成像面要比正常的4∶3或16∶9要对应宽一倍，以便同时接收两幅完整的图像；所述图像处理电路130进一步包括图像数据获取电路、左路帧缓存、右路帧缓存和图像格式处理电路；所述图像数据获取电路用于获取来自所述图像传感器的图像信号数据并分离成两个图像数据；所述左路帧缓存和右路帧缓存分别用于存储所述图像数据获取电路分离的两个图像数据；所述图像格式处理电路用于合并来自所述左路帧缓存和右路帧缓存的两个图像数据形成立体图像数据。所述图像处理电路130可以同时读取到左右眼图像，并在电路内部分别取出左眼图像和右眼的完整图像，然后根据显示器件的立体成像原理输出不同格式的立体视频信号。如眼镜式立体显示器，就可以输出奇偶场左右顺序交替的视频信号，即奇场-左眼图像、偶场-右眼图像或反之。如果是红蓝场立体显示，则对左右眼同一场图像进行红蓝处理并合并像素，顺序输出即可。同时可利用编码技术，将该视频进行编码压缩进行录制存储。
如图2所示的是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置中的图像处理电路的结构示意图，所述图像处理电路200接收来自单一图像传感器的图像信号数据20，所述图像处理电路200包括图像数据获取电路201、左路帧缓存202、右路帧缓存203、图像格式处理电路204、音视频压缩编码器205、存储器206、音视频解码器207、音视频解码输出电路208、左右麦克风209、音频A/D 210、音视频切换开关211、左音频显示驱动212、右音频显示驱动213和双目/单屏监视窗口214；其中，图像数据获取电路201按照一定的帧频率进行图像读取，读取来自单一图像传感器的图像信号数据20，读取的图像数据包含两幅同时形成的图像，然后将左右画面数据分离，分离后的图像为两幅同时取得的全帧图像并分别存储在左路帧缓存202和右路帧缓存203中，图像格式处理电路204将左路帧缓存202和右路帧缓存203中的图像数据合并并进行处理，可以直接生成并列式(SIDE BY SIDE)图像，也可以生成“帧并帧图像”(FRAME BY FRAME)，“场并场图像”(FIELD BY FIELD)，“线并线图像”(LINE BYE LINE)，“点并点图像”(DOT BY DOT)等等格式图像。
图像按照要求进行图像格式处理电路204的格式变换后进入到音视频压缩编码器205，音视频在这里进行同步压缩编码处理，编码后的数据进入储存器206保存下来。如果要观看已经储存的图像，则需要从储存器206中调出数据，再经过视音频解码器207处理，然后用于输出到外部显示器显示，或者用立体摄像装置内自带的双目/单屏监视窗口214进行观看。
在图像处理电路200中增加了一个音视频切换开关211，它的作用是：图像在经过分离后由图像格式处理电路204输出SIDE BY SIDE图像信号，当立体摄像装置在摄制过程中并且需要监视摄录画面时，所述SIDE BY SIDE图像信号将通过音视频切换开关211直接送到立体摄像装置200内双目/单屏监视窗口214进行显示，来自左右麦克风209并经过音频A/D 210转换后的实时音频也同时被切换过来。这样在监视画面时，画面与实际景物的动作延时较小，便于及时监控，这个功能也叫做直通。当回放已经录制的节目时，音视频切换开关211将信号切换到音视频解码器207输出端，这样就可以欣赏到录制好的片段了。
如图3所示的是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
步骤S300中，在横向距离40至100毫米的位置上安装两个光学成像透镜组，模拟人眼接收外部的光线；
步骤S302中，在两个光学成像透镜组的后部有两个平面反射镜分别对来自两个光学成像透镜组的光线进行一次反射，再由位于两个平面反射镜中间的立体反射镜对一次反射的光线进行二次反射，这样两个图像被二次反射到一个并列的成像面上；
步骤S304中，在上述成像面上采用单一的图像传感器，图像传感器的成像面接收二次反射的两个并列的图像；
步骤S306中，图像处理电路接收来自单个图像传感器的图像数据并分离成两个图像数据分别存储在左右两个帧缓存中；
步骤S308中，图像处理电路将左右两个帧缓存中的图像数据合并并进行处理形成立体图像，经过处理后可以直接生成并列式(SIDE BY SIDE)图像，也可以生成“帧并帧图像”(FRAME BY FRAME)，“场并场图像”(FIELD BYFIELD)，“线并线图像”(LINE BYE LINE)，“点并点图像”(DOT BY DOT)等等格式图像。
如图4所示的是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置中的单一图像传感器的成像平面上的成像示意图，CCD/CMOS图像传感器的成像面选用比两幅所需要输出的图像在横向相加还要大一点的尺寸，假设需要输出显示的图像尺寸为M×N，M为宽度，N为高度，则应该选择CCD/CMOS图像传感器的成像面的横向尺寸大于120％×2M。图像成像在CCD/CMOS图像传感器的成像面以中心轴对称的两边，形成SIDE BY SIDE，并且不得交叉。图像的选取则是按照图4所示取M×N，左右各留下接近占图像宽度的10％的余地D。
以上介绍和描述的内容仅为本发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种立体摄像装置，其特征在于，包括：
第一光学成像透镜组(111)和第二光学成像透镜组(112)，分别用于模拟人眼接收外部光线；
第一平面反射镜(114)、第二平面反射镜(115)和第三反射镜(113)，第一平面反射镜(114)和第二平面反射镜(115)分别用于将来自对应于第一光学成像透镜组(111)和第二光学成像透镜组(112)的光线进行一次反射，第三反射镜(113)为双面呈一定夹角排列的反射镜，位于第一平面反射镜(114)和第二平面反射镜(115)的中间对来自一次反射的光线进行二次反射；
单个图像传感器(120)，在其成像平面上接收二次反射的光线并形成并列的两幅图像；
图像处理电路(130)，接收来自所述图像传感器的图像信号并进行处理形成立体图像信号；
其中，所述图像处理电路(130)包括图像数据获取电路(201)、左路帧缓存单元(202)、右路帧缓存单元(203)、图像格式处理电路(204)、音视频压缩编码器(205)、存储器(206)、音视频解码器(207)、音视频解码输出电路(208)、左右麦克风(209)、音频A/D(210)、音视频切换开关(211)、左音频显示驱动(212)、右音频显示驱动(213)和双目/单屏监视窗口(214)；
所述图像数据获取电路(201)用于获取来自所述图像传感器(120)的图像信号数据并分离成两个图像数据；
所述左路帧缓存单元(202)和右路帧缓存单元(203)分别用于存储所述图像数据获取电路(201)分离的两个图像数据；
所述图像格式处理电路(204)用于合并来自所述左路帧缓存单元(202)和右路帧缓存单元(203)的两个图像数据形成立体图像数据；
所述左右麦克风(209)用于采集实时音频；
所述音频A/D(210)用于对所述实时音频进行转换；
所述音视频压缩编码器(205)对所述立体图像数据和实时音频进行同步压缩编码处理；
所述存储器(206)用于存储已编码后的数据；
所述音视频切换开关(211)在立体摄像装置处于摄制过程中并且需要监视摄录画面时，将所述图像格式处理电路(204)处理得到的立体图像数据通过该音视频切换开关(211)直接送到立体摄像装置内的双目/单屏监视窗口(214)进行显示，同时将来自左右麦克风(209)并经过音频A/D(210)转换后的实时音频切换过来，通过左音频显示驱动(212)和右音频显示驱动(213)后在双目/单屏监视窗口(214)播放，以实现直通；
所述音视频切换开关(211)在需要回放已经录制的节目时，音视频切换开关(211)将信号切换到音视频解码器(207)输出端，从存储器(206)中调出的数据经过视音频解码器(207)处理，然后用于输出到外部显示器显示。
2.根据权利要求1所述的立体摄像装置，其特征在于：所述第一光学成像透镜组(111)和第二光学成像透镜组(112)之间的横向距离范围是40至100毫米。
3.根据权利要求2所述的立体摄像装置，其特征在于：所述单个图像传感器(120)是CCD/CMOS图像传感器。
4.一种立体摄像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.横向并列安装两个光学成像透镜组(111、112)模拟人眼接收外部光线；
S2.通过两个平面反射镜(114、115)对两个光学成像透镜组(111、112)接收的外部光线进行一次反射并由位于两个平面反射镜中间的双面呈一定夹角排列的第三反射镜(113)对两个一次反射的光线进行二次反射；
S3.采用单个图像传感器(120)在其成像平面上接收来自第三反射镜的二次反射光线形成两个并列的图像；
S4.对所述单个图像传感器(120)形成的图像信号进行处理形成立体图像信号；
所述步骤S4进一步包括：
S41.获取单个图像传感器(120)形成的图像信号数据；
S42.将获取的单个图像传感器(120)形成的图像信号数据分离成两个图像数据并分别存储在左右两个帧缓存单元(202、203)中；
S43.将两个帧缓存单元(202、203)中的图像数据合并形成立体图像数据。
S44.由左右麦克风(209)采集实时音频，并通过音频A/D(210)进行转换；
S45.由音视频压缩编码器(205)对所述立体图像数据和实时音频进行同步压缩编码处理，存储在存储器(206)中；
S46.由音视频切换开关(211)在立体摄像装置处于摄制过程中并且需要监视摄录画面时，将图像格式处理电路(204)处理得到的立体图像数据通过该音视频切换开关(211)直接送到立体摄像装置内的双目/单屏监视窗口(214)进行显示，同时将来自左右麦克风(209)并经过音频A/D(210)转换后的实时音频切换过来，通过左音频显示驱动(212)和右音频显示驱动(213)后在双目/单屏监视窗口(214)播放，以实现直通；或者
所述音视频切换开关(211)在需要回放已经录制的节目时，音视频切换开关(211)将信号切换到音视频解码器(207)输出端，从存储器(206)中调出的数据经过视音频解码器(207)处理，然后用于输出到外部显示器显示。
5.根据权利要求4所述的立体摄像方法，其特征在于：所述步骤S1中两个光学成像透镜组(111、112)之间的横向距离范围是40至100毫米。
6.根据权利要求4所述的立体摄像方法，其特征在于：所述单个图像传感器(120)是CCD/CMOS图像传感器。
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