CN102113333A - 立体摄像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种立体摄像系统，其具有至少二个固定连接于一板(3)上的图像探测传感器(1，2)。由该板(3)定义连接于板(3)上的图像探测传感器(1，2)间的距离。

Description

立体摄像系统
技术领域
本发明涉及一种具有至少二个图像探测传感器的立体摄像系统，每个图像探测传感器接收至少一个具有该立体摄像系统的探测范围的视觉表象的图像，并生成与该图像相对应的图像数据。
背景技术
已知的立体摄像系统具有二个单帧相机，二个单帧相机独立设置，并保持精确的相对位置关系。该单帧相机相互间的调整也称为校准。由该单帧相机生成的图像数据被传输至一共用的计算单元，通过该计算单元处理传输来的图像数据。
由于这种立体摄像系统的单帧相机受各种环境的影响，因此需要经常性的对该单帧相机相对位置进行检查，如果有必要，还需要重新对该立体摄像系统进行校准。
根据公开号为EP 0 9180979 A1公开的数字摄影测量用立体相机可知，该相机具有一输入光学系统和多个排列于该输入光学系统的焦平面上的光学探测器。通过选择适当的探测器，可以改变该立体相机的立体成像角度。
根据公开号为DE 197 27 999 A1公开的立体相机可知，其二个全电子相机通过目标连接点的并联实现电连接。
根据公开号为EP 0 174 091 A1公开的具有二个镜头的立体相机可知，二个镜头可同时聚焦。
根据公开号为DE 199 05 452 C2公开的数字立体相机可知，其具有二个相互间偏移基线长度设置的镜头，以生成针对一物体的视觉表象的图像对。
公开号为DE 100 33 355 A1公开了一种具有二个单帧相机和一个共用的计算单元的立体相机。
公开号为WO 2006/069978 A的专利文献公开了一种确定立体相机的校准参数的方法。该校准参数特别是用于对一立体摄像系统的二个单帧相机进行校准的参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以降低校准成本的立体摄像系统。具有权利要求1的技术特征的立体摄像系统可以实现该目的。另外，从属权利要求中说明了本发明的优选实施方式。
具有权利要求1的技术特征的立体摄像系统可获得的技术效果为，图像探测传感器间的相对位置，特别是图像探测传感器的图像感应区的中心点间的距离由板预先确定，以及，通过将图像探测传感器连接于该板上固定了其位置。这样，图像探测传感器的图像感应区的相对位置由板确定，而且是不变的。
在采用相似或者相同图像探测传感器的情况下，特别是可使该图像探测传感器的图像感应区位于一个平面上。以该种方式设置的立体摄像系统不再需要校准，或者在校准过程中，仅需要补偿制造公差。立体摄像系统的该种校准，例如是可在选择待进一步处理的图像时以确定图像探测传感器各自的图像感应区的相关部分的方式进行。
两图像探测传感器优选为分别通过至少一个钎焊接头连接于该板上，或者每个图像探测传感器插入一个固定连接于该板上的插座中。通过固定两图像探测传感器在板上的位置，使两图像探测传感器的图像感应区间的相对位置在空间中固定，特别是在相机调整系统中固定。两图像探测传感器间的相对位置是不变的。在将该图像探测传感器设置于同一板上的情况下，在该立体摄像系统的整个寿命期间内可以不对单帧相机进行校准。优选地，该板是已知的电路板，该电路板具有连接电连接端和/或该图像探测传感器的信号端，以及优选为连接其它元件的导电连线。利用图像探测传感器，由其可以获得彩色图像或者黑白图像。通过将图像探测传感器设置于板上，可轻易使图像探测传感器相对该板的一边缘具有所期望的角度，以及使该图像探测传感器到该边缘具有所期望的距离。由此，相对已知的立体摄像系统，可较大程度地降低该立体摄像系统的校准成本。
特别有利的是，将与每个图像探测传感器结合的光学系统连接于该板上和/或连接于各自的图像探测传感器上，这样，在将该光学系统连接于板上和/或者图像探测传感器上时，易于固定各光学系统相对各自的图像探测传感器的图像感应区的位置。在此，有利的是，将二个光学系统设置于该板上，使该立体摄像系统的探测范围内的每一个视觉表象在每个图像探测传感器的一个图像感应区上成像和/或者聚焦。特别地，光学系统的光轴穿过与各自对应的图像探测传感器的图像感应区的中心点。由此，可以保证完成适合于进一步处理的图像探测。
该板优选是平板和抗弯曲的。在采用常规的板和常规的图像探测传感器时，由制造公差在该图像探测传感器的图像感应区的X向和Y向上引起的位移可限制为大于等于5像素。在此，该图像感应区的像素感光元件(设置为矩阵形式)在二维的X-Y坐标系下排列。
说明书中说明的立体摄像系统特别适用于测量其与物体间的距离大于等于100m的物体，优选为大于等于30m的物体。由此，该立体探测系统特别适用于计算物体或者人，物体探测，以及近距离物体分类。该立体摄像系统可通过已知的方法确定其与物体间的距离。
光学半导体传感器，CCD图像探测传感器和/或者CMOS图像探测传感器特别适于作为图像探测传感器。特别有利的是，采用所谓的有源像素传感器(APS)作为图像探测传感器。该板特别是可由由酚醛树脂和纸，环氧树脂和纸，或者环氧树脂和玻璃纤维织物制成，每种材质的板均具有导电连线。该导电连接可在一层(在一个平面内)上布线或者在多层(在若干个平面内)上布线，特别是形成所谓的多层电路板。
该图像探测传感器的图像感应区的中心点间的距离优选是80mm至300mm范围内的一数值，特别优选是80mm至100mm范围内的一数值。特别有利的是，除了将该图像探测传感器设置于板上，将至少一个计算单元的元件也设置于板上，使该图像探测传感器，以及该计算单元设置于同一板上。由此，节省了设置元件的空间，进而可使该立体摄像系统具有小的物理尺寸。另外，由于可经板的导电连接将该图像探测传感器生成的图像数据传输至计算单元，因此，可降低布线成本。
特别有利的是，在第一图像探测传感器的图像感应区的第一边缘线和第二图像探测传感器的图像感应区的第一边缘线位于第一直线上。可供选择地或者附加地，在该第一图像探测传感器的图像探测区的第二边缘线和第二图像探测传感器的图像探测区的第二边缘线位于第二直线上时是有利的。这样，由于可轻易地对图像探测传感器获取的图像进行叠加，从而轻易地确定包含于由图像探测传感器同步感光的两图像中的针对同一物体的两视觉表象间的距离，进而使对由图像探测传感器获取的图像作进一步处理变得特别容易。该距离是立体摄像系统和被摄取物体间的距离尺寸。
有利的是，该计算单元执行至少一种用于处理该图像探测传感器生成的图像数据的图像处理程序。由此，该计算单元可对该图像数据进行容易和灵活的处理。特别地，在使用该立体摄像系统时，该计算单元通过采用适当的图像处理程序可适应所需满足的要求。特别有利的是，在该板上设置多个红外照明装置。特别地，在该板上设置多个红外发光二极管，并通过钎焊接头与板连接在一起。由此，通过这些红外发光二极管，可实现该立体摄像系统的探测范围内的照明，使该立体摄像系统即使在黑暗环境下也可获取图像。
该立体摄像系统可生成和/或处理彩色图像和/或黑白图像。
以下，针对实施方式结合附图更为详尽地说明本发明，以下的说明中进一步说明了本发明的技术特征和有益效果。
附图说明
图1为一板的俯视图，该板上连接有二个图像探测传感器和其它元件；
图2为根据图1所示板的侧视图；
图3为根据图1和2所示板的顶部视角图，该图中示出了二个可连耦合至该板上的光学系统；
图4为具有根据图1至3所示板的立体摄像系统的结构示意图。
具体实施方式
图1示出了一板3的俯视图，所示的板3上连接有二个光学图像探测传感器1，2，以及，所示的板3上还连接有其它元件5，28。该板3包括一绝缘材质的具有导电连接件的衬底，连接在该板3上的元件1，2，5，28的电连接端和与各自相对应的导电连接件电连接。该导电连接件优选设计为印制电路形式的导电连线。该板3例如是由酚醛树脂和纸，环氧树脂和纸，或者环氧树脂和玻璃纤维织物制成，该导电连线由铜制成。该种板3也可称为电路板。元件1，2，5，28的信号端和为其供电的供电端均连接至该板3的导电连接件上。除了由板3提供的导电连接件外，也可提供电连线使板3上的元件1，2，5，28相互电连接和/或使板3与另外的单元电连接。
在板3上设置有二个图像探测传感器1，2，优选为二个相同的光学半导体传感器1，2，二者间间隔由印制电路预先确定的距离4设置，通过适当的连接，将二者电连接至板3的导电连线上。该图像探测传感器1的图像感应区10的中心点与图像探测传感器2的图像感应区11的中心点间的距离4优选为80mm至300mm。该图像探测传感器1，2通过至少一个钎焊接头连接于该板3上。可供选择地，该图像探测传感器1，2也可以插入各自的插座中，每个插座均通过至少一个钎焊接头连接于该板3上。该图像探测传感器1，2设置和连接于该板3上的要求为，在不考虑制造公差的情况下使该图像探测传感器1的图像感应区10和图像探测传感器2的图像感应区11位于同一平面上。由像素感光元件(以矩阵形式排列设置)形成的如图1所示的该图像感应区10，11的横向边缘线彼此平行。由像素感光元件形成的如图1所示的该图像感应区10，11的上边缘线位于第一直线上。同样，由图像感光元件形成的该图像感应区10，11的下边缘线位于第二直线上。在本实施例中，该图像感应区10，11的上边缘线进一步与该板3的上边缘30平行，该图像感应区10，11的上边缘线与板3的上边缘30间具有相同的距离。在其它实施例中，特别是在板3具有其它形状的实施例中，该图像感应区10，11的边缘线不是必须与板3的一边缘平行。该图像感应区10和图像感应区11位于各自的图像探测传感器1，2的朝向远离板3的一面上。
设置于该板3上的其它元件包括一计算单元5，由该图像探测传感器1，2生成的图像数据经板3提供的导电连接件输送至该计算单元中。该计算单元利用由图像处理程序提供的图像处理算法处理该图像数据。出于该目的，该计算单元中存储有至少一种图像处理程序。针对图像处理，可以应用例如数字图像处理器(DSP)，ASIC，FPAG和/或矢量处理器。附加地或者可供选择地，针对图像处理，还可以应用所谓的逻辑阵列，如PLD。
该图像探测传感器1，2与未示出的摄像光学系统和该计算单元一起形成一立体摄像系统。根据所采用的图像探测传感器1，2和计算单元采用的图像处理算法，该立体摄像系统可以处理和/或提供彩色图像和/或黑白图像。
该图像探测传感器1，2以二者间具有由该板3的印制电路预先确定的距离的位置关系固定设置在该板3上，这样，相对于现有的立体摄像系统，本发明的立体摄像系统可以明显降低校准成本。现有的立体摄像系统具有二个独立的单帧相机，二个单帧相机经与各自相对应的信号线连接至一计算单元上。该立体摄像系统的二个单帧相机或者它们的图像探测传感器1，2必须相对彼此进行精确校准，以在对立体摄像系统获取的图像进行计算的过程中获得准确的结果。对于已知的立体摄像系统，可以在操作中根据多方面的影响，如振动和温度波动，调整其单帧相机的位置。由此，必须在规则的基底上对该种现有立体摄像系统的单帧相机进行校准，以及，在移位的情况下，必须重新对其进行校准。
然而对于本发明的立体摄像系统，仅需要在装配时进行一次校准。由于该图像探测传感器1，2固定于该板3上，该图像探测传感器1，2间的相对位置在立体摄像系统的整个寿命期间是不变的，因此，该立体摄像系统在其整个寿命期间无需重新进行校准。另外，通过将二个图像探测传感器1，2仅固定于一个板3上，可以获得紧凑的结构，由此，可以减少装配工作和降低所产生的成本。
另外，可以于该板3上设置多个红外照明装置的元件28。特别地，该红外照明装置28中的至少一个是红外发光二极管。通过采用红外照明，该立体摄像系统也可在夜间进行图像探测，因为，通过该红外照明装置，至少可照亮属于该立体摄像系统的探测范围的部分区域。
图2示出了根据图1所示的板3的侧视图。具有相同结构或者相同功能的元件采用相同的参考标记进行标识。
图3示出了根据图1和2所示的板3的顶部视角图，图3所示的二个光学系统8，9可以耦接至该板3上，也可以从该板3上拆卸下来。二个光学系统8，9可以这样的方式耦接该板3上，即，使得光学系统8，9各自的光轴分别穿过图像探测传感器1的图像感应区10的中心点和图像探测传感器2的图像感应区11的中心点。该光学系统8，9，例如是粘接于该板3上，通过螺丝安装于该板3上，通过适当的咬合元件连接于该板3上，或者通过适当的夹具连接于该板3上。可供选择地，该光学系统8，9也可与一未示出的外罩结合在一起，进而，该光学系统8，9相对于图像感应区10，11的位置由该外罩相对于板3的位置确定。该外罩例如可使该立体摄像系统防水、防冻、防雨和/或防止人为破坏。
该光学系统8，9均具有一个或者多个镜头和/或其它光学元件，特别是用于将视觉表象聚焦在该图像探测传感器1，2上的光学元件。通过选择该光学系统8，9，该立体摄像系统可具有所期望的焦距、光强和/或光学孔径。
图4示出了根据图1至3所示立体摄像系统的结构。该立体摄像系统包括二个相互间具有设定距离4的图像探测传感器1，2，以及光学系统8，9。在该立体摄像系统前方的距离7处具有一待探测物体6。利用该图像探测传感器1，2获取具有待探测物体6的视觉表象的图像。随后，由计算单元运行的图形处理程序所提供的图像处理算法对该图像探测传感器1，2生成的与所获取的图像对应的图像数据进行处理。例如，通过该计算单元的图像处理程序提供的图像处理算法，可以对该物体6进行探测、追踪和/或测量。同样也可以确定该物体6与立体摄像系统之间的距离。
例如，CCD图像探测传感器或者CMOS图像探测传感器都可作为图像探测传感器。

Claims (17)

1.一种立体摄像系统，具有至少二个图像探测传感器(1，2)，和一板(3)；
每个图像探测传感器(1，2)均固定连接于该板(3)上；以及，由该板(3)定义连接于板(3)上的图像探测传感器(1，2)间的距离(4)。
2.根据权利要求1的立体摄像系统，其特征在于，该图像探测传感器(1，2)间具有固定的相对位置。
3.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该图像探测传感器(1，2)是光学半导体传感器，CCD图像探测传感器和/或CMOS图像探测传感器。
4.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该板(3)为一电路板。
5.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，每个图像探测传感器(1，2)分别具有一个图像感应区(10，11)，该图像探测传感器(1，2)的图像感应区的中心点间的距离(4)为80mm至300mm范围内的一数值。
6.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，在该板(3)上连接有至少一个计算单元(5)。
7.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该图像探测传感器(1，2)和/或该计算单元(5)通过钎焊接头、插接方式和/或压接方式连接于该板(3)上。
8.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该图像探测传感器(1，2)设置于板上，使该图像探测传感器(1，2)的图像感应区(10，11)位于同一个平面上。
9.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该第一图像探测传感器(1)的图像感应区(10)的第一边缘线和该第二图像探测传感器(2)的图像感应区(11)的第一边缘线位于一第一直线上，和/或者该第一图像探测传感器(1)的图像感应区(10)的第二边缘线和该第二图像探测传感器(2)的图像感应区(11)的第二边缘线位于一第二直线上。
10.根据权利要求9的立体摄像系统，其特征在于，由该图像感应区(10，11)的像素感光元件形成每条边缘线。
11.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该计算单元执行至少一种用于处理该图像探测传感器(1，2)生成的图像数据的图像处理程序。
12.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该板(3)上连接有至少一个红外照明装置(28)。
13.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该立体摄像系统生成和/或处理彩色图像和/或黑白图像。
14.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，至少二个光学系统(8，9)连接于该板(3)上，和/或者相对板(3)设置，使得该立体摄像系统的探测范围内的每一个视觉表象在每个图像探测传感器(1，2)的一个图像感应区(10，11)上成像和/或聚焦。
15.根据权利要求14的立体摄像系统，其特征在于，该光学系统(8，9)的光轴分别穿过与各自对应的图像探测传感器(1，2)的图像感应区(10，11)的中心点。
16.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该图像探测传感器(1，2)是相同的，和/或该光学系统(8，9)是相同的。
17.根据上述权利要求之一的立体摄像系统，其特征在于，该立体摄像系统具有一包围该板(3)和连接于该板(3)上的各元件(1，2，5，28)的外罩。
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