CN102968817A - 一种双摄像头三维电子眼 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双摄像头三维电子眼属于计算机领域，其特点是本发明的电子眼由两个摄像头和计算机组成，摄像头传入计算机中的是二维图像，二维图像中没有物体的空间位置和实际形状所以计算机不能直接通过摄像头看到外界物体，环境的二维图像可以看成是环境的三维空间被压缩到了一个平面上，环境的二维图像比环境的三维空间缺少了一个z方向坐标，计算机通过计算二维物体图像的xy坐标计算出与之对应的三维物体图形的z坐标，有了z坐标计算机将二维图像向z坐标方向拉伸还原出对应的三维物体图形，计算机合并两个摄像头分别在计算机中形成的各自的三维物体图形，这样就在双摄像头电子眼中形成了更加精确的三维物体图形。
Description
一、技术领域
本发明是一种双摄像头三维电子眼，属于计算机领域。
二、背景技术
目前的电子眼中形成外界物体的二维图像，二维图像中没有物体的空间位置和实际形状，所以目前的电子眼不能看到外界的物体。
三、发明内容
解决的技术问题：本发明的电子眼中能够形成外界物体的三维物体图形，所以本发明的电子眼能够看到外界物体。
技术的解决方案：本发明的电子眼是摄像头和计算机组成的，摄像头传入计算机中的是二维图像，二维图像中没有物体的空间位置和实际形状，所以计算机不能直接通过摄像头看到外界物体，计算机必须把摄像头传入的环境二维图像转化成环境三维图形，这样计算机就能够通过内部三维环境图形中的物体图形的形状、位置等知道外界物体的形状、位置等信息，这样计算机和摄像头组成的电子眼就看到了环境中的物体。
实际上环境的二维图像可以看成是环境的三维空间被压缩到了一个平面上，环境的二维图像比环境的三维空间缺少了一个z方向坐标，二维平面坐标是xy三维空间坐标是xyz，计算机通过计算二维物体图像的xy坐标计算出与之对应的三维物体图形的z坐标，有了z坐标计算机将二维图像向z坐标方向拉伸就还原出对应的三维图形，摄像头形成图像是凸透镜成像原理，我们知道凸透镜成像的大小和距离成反比，同一个物体离观察窗口距离越大这个物体就越小，所以计算机中需要加入一个尺子离窗口的距离和尺子长度的变化比值，从图4中的1图我们看到计算机拉伸平面ABCD形成的三维空间，这时在计算机中加入尺子离窗口的距离和尺子长度的变化比值，计算机拉伸平面ABCD就形成图4中2图的三维空间，图4中2图的三维空间是计算机中还原出的实际三维空间，二维图像上的像素点只是一些光线变化的点，它们并没有实际的体积所以并不能用来构成计算机中的三维物体图形，因此需要在计算机中制作一个xyz三维坐标，这样在计算机中就制作了一个数字三维空间，因为xyz在数值上可以无限大所以这个数字三维空间可以无限大，还要在计算机中制作各种颜色微粒和构成各种不同物质的微粒，计算机将摄像头传入的具有各种颜色的二维物体图像直接转化成三维空间中由各种颜色微粒构成的二维物体微粒图形，然后在三维空间中拉伸二维物体微粒平面，这样就在计算机的三维空间中形成物体的三维图形，要拉伸物体图形首先需要确定物体图形的边缘才能对物体图形拉伸，对于标准形状的物体图像，计算机可以通过边缘检测提取物体图像的边缘，在三维空间中转化成二维微粒平面上物体图形的边缘，计算机通过物体图形的边缘确定物体图形的表面，计算机拉伸物体图形的边缘整个物体图形表面跟随物体图形的边缘一起运动最后形成物体的三维图形，但实际中的物体表面具有各种不规则形状，边缘提取并不能将物体表面的各种细微的形状都提取出来，因此我们还需要研究物体表面形状和光线强弱的对应关系，一个物体表面的形状与物体表面反射出的光线强弱的变化在位置上对应与物体的颜色和所在环境的光线强弱无关，我们知道物体表面不同位置的倾斜度不同这样物体表面不同位置反射出的光线强弱就不同，我们反过来让物体图像上像素点光线强弱的变化来决定对应的物体图形表面的形状，计算机通过物体图像上像素点之间的亮度差来确定对应的物体微粒图形上的微粒高低差就能够形成各种细微形状的三维物体图形表面，物体图像的每个像素点上都隐藏着实际物体的信息，所以我们不应该丢掉任何一个像素点，首先计算机将像素点构成的平面图像转化成数字三维空间中的微粒构成的平面，然后计算机提取图像上的物体边缘并转化成微粒平面中的物体图形边缘，计算机通过拉伸物体图形边缘和通过像素点光线强弱对物体图形表面微粒的的调整，在计算机的数字三维空间中形成实际物体的三维物体图形。
因为电子眼只能看到物体的前面而物体的背面并不能看到，这样在电子眼中形成的物体三维图形并不完整，需要电子眼中的计算机按照物体的特征对三维物体图形不完整的部分进行填充，如果通过公式计算对不完整部分填充是很困难的因为物体的三维图形形状可能并不标准，这里需要通过数值线对物体的三维图形进行填充，在图6中我们看到这里的数值线是一些垂直平面图形边缘的小细线，通过数值线之间的角度和数值线在边上排列的数目能够知道图形边的形状和边的长度，同样我们可以在三维物体图形上垂直与物体图形表面分布数值线，通过数值线之间的角度和数值线在三维图形上的数目能够知道三维图形的表面形状和表面积的大小，反过来我们可以通过数值线在计算机中形成各种物体图形并存储在计算机中，这样电子眼中就可以通过数值线对三维物体图形识别并填充。
双摄像头和计算机组成的三维电子眼中形成的三维物体图形，在形状和位置上更加准确，因为摄像头形成的是倒像所以计算机在拉伸物体图像时可以接照凸透镜成像的逆过程来拉伸，图5中的a和b分别是计算机内模拟的两个凸透镜，1和3分别是一个直棒通过两个摄像头分别形成的直棒图像转化成的微粒图形，2是拉伸1形成的三维直棒图形，4是拉伸3形成的三维直棒图形，分别连接1、2和3、4的线是拉伸轨迹，这时我们看到2和4分别只能在各自的轨迹上移动，因为是一个物体通过两个凸透镜形成两个图像，所以逆过程中两个图形的轨迹会交合，两个图形会在交合处重合在一起，在计算机中分别给形成的三维直棒图形2和4上添加图形上的磁力，这样2和4就会因为吸引在轨迹上移动最后重合形成三维直棒5，在双摄像头电子眼中形成精确的外界物体图形。
四、附图说明
附图中图1到图7是对本发明的电子眼中形成三维物体图形过程的说明图。
五、具体实施方式
双摄像头三维电子眼由两个摄像头和计算机组成，摄像头传入计算机中的是二维图像，二维图像中没有物体的空间位置和实际形状，所以计算机不能直接通过摄像头看到外界的物体，计算机必须把摄像头传入的环境二维图像转化成环境三维图形，这样计算机就能够通过内部三维环境图形中的物体图形的形状、位置等知道外界物体的形状、位置等信息，这样计算机和摄像头组成的电子眼就看到了环境中的物体。
实际上环境的二维图像可以看成是环境的三维空间被压缩到了一个平面上，环境的二维图像比环境的三维空间缺少了一个z方向坐标，二维平面坐标是xy三维空间坐标是xyz，因此找到二维平面图像坐标与对应的三维空间图形坐标上的对应关系，计算机就能够通过计算二维物体图像的xy坐标计算出与之对应的三维物体图形的z坐标，有了z坐标计算机将二维图像向z坐标方向拉伸就还原出对应的三维图形，这里首先要研究物体的二维图像和三维图形之间的对应关系，一张物体照片就是一个物体的二维图像，在物体的二维图像上物体的所有信息都存在于一个平面上，因此在物体的二维图像上没有物体的远近位置和实际形状等信息，而我们的眼睛能够直接看到照片中物体的远近位置和实际形状，这说明我们的眼睛将照片中的物体图像转化成了三维物体图形，眼睛的这一功能为我们的研究带来了方便，对于一副图像我们既能看到它的二维也能看到它的三维，在二维的图1中我们看到离外框ABCD的BC边的y坐标值越大在三维的图1中距离外框的z坐标值也越大，因为三维的图1是三维空间所以我们可以把三维图1中的边框ABCD叫做观察窗口，如：二维图1中hg边比ef边距离BC边的y值大所以三维图1中hg边比ef边距离窗口ABCD远，从图1中能够知道二维平面上的角度决定了对应的三维空间中平面的倾斜角度，如：图1中角abc大于角efg，所以平面abcd和窗口所成角度大于平面efgh和窗口所成角度，图1中计算机通过平面efgh上的角度能够计算出三维空间中平面efgh的倾斜角度，如果计算机将三维空间中的平面efgh向窗口延伸就会与窗口所在平面相交形成一条相交线，这时我们发现在三维空间中efgh所在的延伸平面是二维平面efgh所在的延伸平面以相交线为转动轴被向坐标z方向拉伸形成的倾斜面，二维平面中的efgh平面是三维空间中efgh平面的投影，通过对二维平面图像和与之对应的三维空间图形进行研究，我们就能够知道二维平面图像中的各条线段是与之对应的三维空间中各条线段的投影，三维的图1中平行线ef、竖直线je和它们在二维平面的投影长度相等，而斜线gf比它的投影长，这样三维空间中平行线ef和竖直线je上的每一点到窗口ABCD的距离相等，因此虽然二维平面上竖直线je的j点比e点的y坐标值大但在三维空间中竖直线je上的每一点到窗口ABCD的距离相等，所以二维平面中的竖直线和平行线在对应的三维空间中仍然是竖直线和平行线，在三维图1中我们看到平面abcd和平面efgh离窗口较远，而在三维图2中因为有am、bn、es、fo竖直线段和平面abcd、平面efgh相连接所以平面abcd和平面efgh离窗口的距离被拉近，边ab被拉近到mn的位置边ef被拉近到so的位置，斜线eo因为和竖直线es、fo连接所以存在于efos所在的平面而并不向远处倾斜，从上面我们看到将二维图像转化成三维图形，二维图像中物体图像之间的连接决定着三维图形中每个物体图形的实际位置，实际上计算机只要将二维图像中的某些物体图像拉伸还原成三维物体图形，图像中其它物体图像因为连接作用也将自动还原成三维物体图形，计算机向三维空间的z方向拉伸二维图3中的平面abc，这时在形成的三维平面abc上每一点都被均匀拉伸，三维平面abc上离BC边y距离越大的点被拉伸到距离窗口越远的位置，三维平面abc上d点比g点离窗口远，de、gf保持竖直线由于线段之间的连接，线段ef的三维空间位置自动形成，三维平面abc上m点比n点离窗口远，曲线mn的三维空间位置随着三维平面abc的形成自动形成，由于连接作用竖直曲面oskh也自动形成，二维平面abc拉伸成三维平面abc在三维平面abc左边的小竖直线就从近到远自动竖直分布在平面abc上，如果把平面abc换成地面，小竖直线换成小草，那么拉伸二维地面图形就能还原出三维草地图形。
摄像头形成图像是凸透镜成像原理，我们知道凸透镜成像的大小和距离成反比，同一个物体离观察窗口距离越大这个物体就越小，所以计算机中需要加入一个尺子离窗口的距离和尺子长度的变化比值，从图4中的1图我们看到计算机拉伸平面ABCD形成的三维空间，这时在计算机中加入尺子离窗口的距离和尺子长度的变化比值，计算机拉伸平面ABCD就形成图4中2图的三维空间，图4中2图的三维空间是计算机中还原出的实际三维空间。
二维图像上的像素点只是一些光线变化的点，它们并没有实际的体积所以并不能用来构成计算机中的三维物体图形，因此需要在计算机中制作一个xyz三维坐标这样在计算机中就制作了一个数字三维空间，因为xyz在数值上可以无限大所以这个数字三维空间可以无限大，还要在计算机中制作各种颜色微粒和构成各种不同物质的微粒，计算机将摄像头传入的具有各种颜色的二维物体图像直接转化成三维空间中由各种颜色微粒构成的二维物体微粒图形，然后在三维空间中拉伸二维微粒平面，这样就在计算机的三维空间中形成各种物体的三维图形，要拉伸物体图形首先需要确定物体图形的边缘才能对物体图形拉伸，对于标准形状的物体图像，计算机可以通过边缘检测提取物体图像的边缘，在三维空间中转化成二维微粒平面上物体图形的边缘，计算机通过物体图形的边缘确定物体图形的表面，计算机拉伸物体图形的边缘整个物体图形表面跟随物体图形的边缘一起运动最后形成物体的三维图形，但实际中的物体表面具有各种不规则形状，边缘提取并不能将物体表面的各种细微的形状都提取出来，因此我们还需要研究物体表面形状和光线强弱的对应关系，一个物体表面的形状与物体表面反射出的光线强弱的变化在位置上对应与物体的颜色和所在环境的光线强弱无关，我们知道物体表面不同位置的倾斜度不同这样物体表面不同位置反射出的光线强弱就不同，我们反过来让物体图像上像素点光线强弱的变化来决定对应的物体图形表面的形状，计算机通过物体图像上像素点之间的亮度差来确定对应的物体微粒图形上的微粒高低差，就能够形成各种细微形状的三维物体图形表面，物体图像的每个像素点上都隐藏着实际物体的信息，所以我们不应该丢掉任何一个像素点，首先计算机将像素点构成的平面图像转化成数字三维空间中的微粒构成的平面，然后计算机提取图像上的物体边缘并转化成微粒平面中的物体图形边缘，计算机通过拉伸物体图形边缘和通过像素点光线强弱对物体图形表面的调整，在计算机的数字三维空间中形成实际物体的三维物体图形。
因为电子眼只能看到物体的前面而物体的背面并不能看到，这样在电子眼中形成的物体三维图形并不完整，需要电子眼中的计算机按照物体的特征对三维物体图形不完整的部分进行填充，如果通过公式计算对不完整部分填充是很困难的因为物体的三维图形形状可能并不标准，这里需要通过数值线对物体的三维图形进行填充，在图6中我们看到这里的数值线是一些垂直平面图形边缘的小细线，通过数值线之间的角度和数值线在边上排列的数目能够知道图形边的形状和边的长度，同样我们可以在三维物体图形上垂直与物体图形表面分布数值线，通过数值线之间的角度和数值线在三维图形上的数目能够知道三维图形的表面形状和表面积的大小，如果在一个面上的数值线之间角度是零，数值线之间就相互平行，那么数值线所在的面就是平面，反过来我们可以通过数值线在计算机中形成各种物体图形并存储在计算机中，这样电子眼中就可以通过物体图形上的数值线对三维物体图形识别并填充。
为了让电子眼中形成的三维物体图形在形状和位置上更加准确我们就需要研究双摄像头和计算机连接的三维电子眼，因为摄像头形成的是倒像所以计算机在拉伸物体图像时可以按照凸透镜成像的逆过程来拉伸，图5中的a和b分别是计算机内模拟的两个凸透镜，1和3分别是一个直棒通过两个摄像头分别形成的直棒图像转化成的微粒图形，2是拉伸1形成的三维直棒图形，4是拉伸3形成的三维直棒图形，分别连接1、2和3、4的线是拉伸轨迹，这时我们看到2和4分别只能在各自的轨迹上移动，因为是一个物体通过两个凸透镜形成的两个图像，所以逆过程中两个图形的轨迹会交合，两个图形会在交合处重合在一起，在计算机中分别给形成的三维直棒图形2和4上添加图形上的磁力，这样2和4就会因为吸引在轨迹上移动最后重合形成三维直棒5，在双摄像头电子眼中形成精确的外界物体图形，通过双摄像头电子眼计算机可以知道环境中物体的大小、形状、位置和物体的运动速度等，还可以区分画中的物体和实际环境中的物体。
图7中的1图是三维电子眼中拉伸物体图形的过程，图7中的2图是模拟凸透镜成像的逆过程拉伸物体图形的过程，本发明的电子眼中是模拟凸透镜的逆过程对物体图形进行拉伸。
上面研究的是环境的俯视图，环境的仰视图和俯视图相反是从图形的上边来拉伸物体图形，如果延伸三维空间中的平面交与观察窗口所在平面的上部就是仰视图，交与观察窗口所在平面的下部就是俯视图，就像我们向远处看时上面是天空下面是地面很远处天地合成一条线，地面交与我们观察窗口的下面，天空交与我们观察窗口的上面。当二维图形中的一个图形被还原成三维图形，那么与它连接的图形也必须重新按三维图形的连接方式与它连接，二维环境图形之间的连接方式将被打破，图形间重新寻找三维空间图形的连接方式，因为一个环境的二维图像中的各种图形都存在连接关系，所以当把环境中的一个二维图形还原成三维图形那么所有具有连接关系的图形就都自动形成三维图形，如果将环境中的一个汽车的三维形状完全还原，那么与它连接的道路和道路两边的树木等的实际位置将在三维空间中自动形成。
Claims (3)
1.一种双摄像头三维电子眼其特征在于：环境的二维图像可以看成是环境的三维空间被压缩到了一个平面上，环境的二维图像比环境的三维空间缺少了一个z方向坐标，二维平面坐标是xy三维空间坐标是xyz，计算机通过计算二维物体图像的xy坐标计算出与之对应的三维物体图形的z坐标，有了z坐标计算机将二维图像向z坐标方向拉伸就还原出对应的三维图形，摄像头形成图像是凸透镜成像原理，我们知道凸透镜成像的大小和距离成反比，同一个物体离观察窗口距离越大这个物体就越小，所以计算机中需要加入一个尺子离窗口的距离和尺子长度的变化比值，从图4中的1图我们看到计算机拉伸平面ABCD形成的三维空间，这时在计算机中加入尺子离窗口的距离和尺子长度的变化比值，计算机拉伸平面ABCD就形成图4中2图的三维空间，图4中2图的三维空间是计算机中还原出的实际三维空间，二维图像上的像素点只是一些光线变化的点，它们并没有实际的体积所以并不能用来构成计算机中的三维物体图形，因此需要在计算机中制作一个xyz三维坐标这样在计算机中就制作了一个数字三维空间，因为xyz在数值上可以无限大所以这个数字三维空间可以无限大，还要在计算机中制作各种颜色微粒和构成各种不同物质的微粒，计算机将摄像头传入的具有各种颜色的二维物体图像直接转化成三维空间中由各种颜色微粒构成的二维物体微粒图形，然后在三维空间中拉伸二维微粒平面，这样就在计算机的三维空间中形成物体的三维图形，要拉伸物体图形首先需要确定物体图形的边缘才能对物体图形拉伸，对于标准形状的物体图像，计算机可以通过边缘检测提取物体图像的边缘，在三维空间中转化成二维微粒平面上物体图形的边缘，计算机通过物体图形的边缘确定物体图形的表面，计算机拉伸物体图形的边缘整个物体图形表面跟随物体图形的边缘一起运动最后形成物体的三维图形，但实际中的物体表面具有各种不规则形状，边缘提取并不能将物体表面的各种细微的形状都提取出来，因此我们还需要研究物体表面形状和光线强弱的对应关系，一个物体表面的形状与物体表面反射出的光线强弱的变化在位置上对应与物体的颜色和所在环境的光线强弱无关，我们知道物体表面不同位置的倾斜度不同这样物体表面不同位置反射出的光线强弱就不同，我们反过来让物体图像上像素点光线强弱的变化来决定对应的物体图形表面的形状，计算机通过物体图像上像素点之间的亮度差来确定对应的物体微粒图形上的微粒高低差就能够形成各种细微形状的三维物体图形表面，物体图像的每个像素点上都隐藏着实际物体的信息，所以我们不应该丢掉任何一个像素点，首先计算机将像素点构成的平面图像转化成数字三维空间中的微粒构成的平面，然后计算机提取图像上的物体边缘并转化成微粒平面中的物体图形边缘，计算机通过拉伸物体图形边缘和通过像素点光线强弱对物体图形表面微粒的的调整，在计算机的数字三维空间中形成实际物体的三维物体图形。
2.一种双摄像头三维电子眼其特征在于：因为电子眼只能看到物体的前面而物体的背面并不能看到，这样在电子眼中形成的物体三维图形并不完整，需要电子眼中的计算机按照物体的特征对三维物体图形不完整的部分进行填充，如果通过公式计算对不完整部分填充是很困难的因为物体的三维图形形状可能并不标准，这里需要通过数值线对物体的三维图形进行填充，在图6中我们看到这里的数值线是一些垂直平面图形边缘的小细线，通过数值线之间的角度和数值线在边上排列的数目能够知道图形边的形状和边的长度，同样我们可以在三维物体图形上垂直与物体图形表面分布数值线，通过数值线之间的角度和数值线在三维图形上的数目能够知道三维图形的表面形状和表面积的大小，反过来我们可以通过数值线在计算机中形成各种物体图形并存储在计算机中，这样电子眼中就可以通过数值线对三维物体图形识别并填充。
3.一种双摄像头三维电子眼其特征在于：双摄像头和计算机组成的三维电子眼中形成的三维物体图形，在形状和位置上更加准确，因为摄像头形成的是倒像所以计算机在拉伸物体图像时可以按照凸透镜成像的逆过程来拉伸，图5中的a和b分别是计算机内模拟的两个凸透镜，1和3分别是一个直棒通过两个摄像头分别形成的直棒图像转化成的微粒图形，2是拉伸1形成的三维直棒图形，4是拉伸3形成的三维直棒图形，分别连接1、2和3、4的线是拉伸轨迹，这时我们看到2和4分别只能在各自的轨迹上移动，因为一个物体通过两个凸透镜形成两个图像，所以逆过程中两个图形的轨迹会交合，两个图形会在交合处重合在一起，计算机中分别给形成的三维直棒图形2和4上添加图形上的磁力，并设定三维直棒2和4可以相互重合，这样2和4就会因为吸引在轨迹上移动并重合形成三维直棒5，在双摄像头电子眼中形成精确的外界物体图形。
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2012
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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