CN103139477A - 一种3d相机及获得立体像的方法 - Google Patents

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张勇
刘丽萍
赵远
张思成
徐璐
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Abstract

一种3D相机及获得立体像的方法，属于图像采集领域。它解决了目前3D相机所存在的两镜头间距和时间差的问题。3D相机包括脉冲激光器、发射光学整形系统、CCD、控制处理电路、APD阵列探测器、分光器、接收光学系统和显示屏幕，在脉冲激光器发射脉冲之前，关闭APD阵列探测器，在显示屏上显示CCD的取景图像，在脉冲激光器发射激光脉冲进行照相的同时，控制处理电路关闭CCD相机取景，将APD阵列探测器启动，回波脉冲在经过分光器件后进入APD阵列探测器，进行飞行时间的测定，获得图像的一维距离、一维强度和二位角度信息，综合处理后得出立体像。本发明适用于采集3D图像。

Description

一种3D相机及获得立体像的方法
技术领域
本发明涉及一种3D相机及成像方法。
背景技术
目前在3D相机的主要采用的成像方法是使用两个镜头同时拍摄图像，模仿人的左右眼功能生成立体像。然而，这种成像方法对两个镜头同时开闭的要求十分严格，微小的时间差便会造成成像的偏离于模糊。目前3D相机多处在试产阶段，屏幕分辨率不高，并且拍摄的3D相片要经过后期处理，在特定的设备上观看，造成了许多不便。其中，松下DMC-3D1是一款分辨率为4000×3000，1200万有效像素的成熟的3D相机，左右镜头的成像时间偏差在0.001s以内。难以扩大的镜头间距限制了成像的纵向分辨率，难以消除了镜头成像时间差也限制了成像精度，普通的3D相机的发展受到了遇上了很大的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是针对目前3D相机使用两个镜头同时拍摄图像所存在的两个镜头同时开闭产生时间差造成成像的偏离和模糊的问题，提供一种3D相机及获得立体像的方法。
本发明所述的一种3D相机，它包括脉冲激光器、发射光学整形系统、CCD图像传感器、控制处理电路、APD阵列探测器、分光器、接收光学系统和显示屏幕，
CCD图像传感器的图像信号输出端连接显示屏幕的图像信号输入端，CCD图像传感器的图像信号输出端连接控制处理电路的图像显示信号输入端；控制处理电路的CCD图像传感器开启信号输出端连接CCD图像传感器的开启信号输入端；
控制处理电路的脉冲激光器开关信号输出端连接脉冲激光器的脉冲激光器开关信号输入端，脉冲激光器发射激光经发射光学整形系统调整角度后照射在取景物上；
接收光学系统接收取景物反射的激光，并将该激光经分光器发射至APD阵列探测器的敏感面，由APD阵列探测器进行光面转换，得到取景物的距离信息同时生成距离像，APD阵列探测器的距离像信号输出端连接控制处理电路的距离像信号输入端。
一种3D相机获得立体像的方法，该方法的实现过程为：
步骤一、由控制处理电路开启CCD图像传感器采集取景物的图像信息，在显示屏幕上显示CCD图像传感器的取景图像，CCD图像传感器再将所采集取景物的图像信息发送回控制处理电路；
步骤二、控制处理电路关闭APD阵列探测器后，开启脉冲激光器，脉冲激光器发射激光脉冲，该激光脉冲经发射光学整形系统调整激光角度后照射在取景物上；
步骤三、控制处理电路关闭CCD图像传感器取景，
步骤四、接收光学系统接收取景物上的激光的回波脉冲，此时控制处理电路将APD阵列探测器启动，并将所接收到的回波脉冲发送至分光器上，调整分光器，回波脉冲在经过分光器后进入APD阵列探测器，进行飞行时间的测定，获得取景物图像的一维距离、一维强度和二位角度信息，APD阵列探测器将其发送至控制处理电路，经控制处理电路综合处理所接收到的所有的图像信息后在显示屏幕显示最终的3D图像。
本发明的优点是：和已有的双镜头成像的3D相机相比，本发明采用单镜头成像，避免了两镜头间距和时间差的问题，采用高精度CCD图像传感器取景、脉冲激光发射、APD阵列检测信号的方法代替以往3D相机的成像结构，本发明可在曝光时间10ns~10μs内获取高分辨率的物体立体像、获得立体像的方法简单，适合对运动目标成像。
附图说明
图1为本发明的一种3D相机的结构示意图；
图2为本发明的一种3D相机获得立体像方法的方法流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种3D相机，它包括脉冲激光器1、发射光学整形系统2、CCD图像传感器3、控制处理电路4、APD阵列探测器5、分光器6、接收光学系统7和显示屏幕8，
CCD图像传感器3的图像信号输出端连接显示屏幕8的图像信号输入端，CCD图像传感器3的图像信号输出端连接控制处理电路4的图像显示信号输入端；控制处理电路4的CCD图像传感器3开启信号输出端连接CCD图像传感器3的开启信号输入端；
控制处理电路4的脉冲激光器开关信号输出端连接脉冲激光器1的脉冲激光器开关信号输入端，脉冲激光器1发射激光经发射光学整形系统2调整角度后照射在取景物9上；
接收光学系统7接收取景物9反射的激光，并将该激光经分光器6发射至APD阵列探测器5的敏感面，由APD阵列探测器5进行光面转换，得到取景物9的距离信息同时生成距离像，APD阵列探测器5的距离像信号输出端连接控制处理电路4的距离像信号输入端。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述的控制处理电路4为单片机。
具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为应用实施方式一所述的一种3D相机获得立体像的方法，该方法的实现过程为：
步骤一、由控制处理电路4开启CCD图像传感器3采集取景物9的图像信息，在显示屏幕8上显示CCD图像传感器3的取景图像，CCD图像传感器3再将所采集的取景物9的图像信息发送回控制处理电路4；
步骤二、控制处理电路4关闭APD阵列探测器5后，开启脉冲激光器1，脉冲激光器1发射激光脉冲，该激光脉冲经发射光学整形系统2调整激光角度后照射在取景物9上；
步骤三、控制处理电路4关闭CCD图像传感器3取景，
步骤四、接收光学系统7接收取景物9上的激光的回波脉冲，此时控制处理电路4将APD阵列探测器5启动，并将所接收到的回波脉冲发送至分光器6上，调整分光器6，回波脉冲在经过分光器6后进入APD阵列探测器5，进行飞行时间的测定，获得取景物9图像的一维距离、一维强度和二位角度信息，APD阵列探测器5将取景物9图像的一维距离、一维强度和二位角度信息发送至控制处理电路4，经控制处理电路4综合处理所接收到的所有的图像信息后在显示屏幕8显示最终的3D图像。
本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。

Claims (3)

1.一种3D相机，其特征在于：它包括脉冲激光器（1）、发射光学整形系统（2）、CCD图像传感器（3）、控制处理电路（4）、APD阵列探测器（5）、分光器（6）、接收光学系统（7）和显示屏幕（8），
CCD图像传感器（3）的图像信号输出端连接显示屏幕（8）的图像信号输入端，CCD图像传感器（3）的图像信号输出端连接控制处理电路（4）的图像信号输入端；控制处理电路（4）的CCD图像传感器（3）开启信号输出端连接CCD图像传感器（3）的开启信号输入端；
控制处理电路（4）的脉冲激光器开关信号输出端连接脉冲激光器（1）的脉冲激光器开关信号输入端，脉冲激光器（1）发射激光经发射光学整形系统（2）调整角度后照射在取景物（9）上；
接收光学系统（7）接收取景物（9）上的激光，并将该激光经分光器（6）发射至APD阵列探测器（5）上，由APD阵列探测器（5）进行光面转换，得到取景物（9）的距离信息同时生成距离像，APD阵列探测器（5）的距离像信号输出端连接控制处理电路（4）的距离像信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种3D相机，其特征在于：所述控制处理电路（4）为单片机。
3.应用权利要求1所述的一种3D相机获得立体像的方法，其特征在于：该方法的实现过程为：
步骤一、由控制处理电路（4）开启CCD图像传感器（3）采集取景物（9）的图像信息，在显示屏幕（8）上显示CCD图像传感器（3）的取景图像，CCD图像传感器（3）再将所采集取景物（9）的图像信息发送回控制处理电路（4）；
步骤二、控制处理电路（4）关闭APD阵列探测器（5）后，开启脉冲激光器（1），脉冲激光器（1）发射激光脉冲，该激光脉冲经发射光学整形系统（2）调整激光角度后照射在取景物（9）上；
步骤三、控制处理电路（4）关闭CCD图像传感器（3）取景，
步骤四、接收光学系统（7）接收取景物（9）上的激光的回波脉冲，此时控制处理电路（4）将APD阵列探测器（5）启动，并将所接收到的回波脉冲发送至分光器（6）上，调整分光器（6），回波脉冲在经过分光器（6）后进入APD阵列探测器（5），进行飞行时间的测定，获得取景物（9）图像的一维距离、一维强度和二位角度信息，APD阵列探测器（5）将其发送至控制处理电路（4），经控制处理电路（4）综合处理所接收到的所有的图像信息后在显示屏幕（8）显示最终的3D图像。
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