CN103256917B - 可应用于测距的立体视觉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立体视觉系统，其包括并排设置的一个第一相机及一个第二相机，该第一相机包括一个外壳、一个转动设置于该外壳内的相机模组、一个用于驱动该相机模组转动的驱动装置及一个用于测量该相机模组的转动角度的测量装置。该相机模组包括一个光轴，并通过一个转轴与该外壳转动连接。该转轴垂直穿过该光轴。该转动角度用于计算位于该第一相机及该第二相机的视场内的一点到该立体视觉系统的距离。如此，可通过转动该相机模组使该第二相机的视场内本来未落入该第一相机的视场的目标点落入该第一相机的视场内，从而能够获得更多的目标点在该第一相机及该第二相机成像的视差，进而能够扩大该立体视觉系统的物距测量范围。
Description
技术领域
本发明涉及立体视觉系统，特别涉及一种可应用于测距的立体视觉系统。
背景技术
众所周知，人类的立体视觉源于人类左右两眼的视差。目前，人类的视觉系统被广泛研究并应用，例如，研究并开发应用于测距的立体视觉系统。这样的立体视觉系统一般包括左右两个相机，用于模拟左右眼获取左右眼图像，然后借助模式识别等技术在左右眼图像中分别找到匹配点(物空间的一个目标点在左右眼图像中的像)，得到视差(匹配点之间的位置差异)，从而得到物距(目标点到立体视觉系统的距离)。然而，由于左右两个相机的视场有限，左右两个相机的视场交集更加有限，而目标点需同时出现在左右两个视场内才能在左右眼图像中分别找到匹配点，从而获得视差及物距，因此，目前的立体视觉系统的测量范围比较受限制。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能扩大物距测量范围的立体视觉系统。
一种应用于测距的立体视觉系统，其包括并排设置的一个第一相机及一个第二相机，该第一相机包括一个外壳、一个转动设置于该外壳内的相机模组、一个用于驱动该相机模组转动的驱动装置及一个用于测量该相机模组的转动角度的测量装置。该相机模组包括一个光轴，并通过一个转轴与该外壳转动连接。该转轴垂直穿过该光轴。该转动角度用于计算位于该第一相机及该第二相机的视场内的一点到该立体视觉系统的距离。
如此，可通过转动该相机模组使该第二相机的视场内本来未落入该第一相机的视场的目标点落入该第一相机的视场内，也即是说可以使更多的目标点同时落入该第一相机及该第二相机的视场，从而能够获得更多的目标点在该第一相机及该第二相机成像的视差，进而能够测量更多的目标点到该立体视觉系统的距离，也即是说，能扩大该立体视觉系统的物距测量范围。
附图说明
图1为本发明第一实施方式的立体视觉系统的示意图。
图2为图1的立体视觉系统进行物距测量的一种示意图。
图3为图1的立体视觉系统进行物距测量的另一种示意图。
图4为本发明第二实施方式的立体视觉系统的示意图。
主要元件符号说明
| 立体视觉系统 | 10, 20 |
| 镜头 | 11 |
| 影像感测器 | 12 |
| 第一相机 | 100 |
| 外壳 | 110 |
| 收容部 | 112 |
| 相机模组 | 120 |
| 驱动装置 | 130, 230 |
| 磁性元件 | 132 |
| 第一驱动电路 | 134 |
| 电磁元件 | 136 |
| 配对元件 | 138 |
| 弹簧 | 232 |
| 压电马达 | 234 |
| 运动件 | 2342 |
| 导筒 | 2344 |
| 振动件 | 2346 |
| 第二驱动电路 | 236 |
| 测量装置 | 140 |
| 霍尔传感器 | 142 |
| 磁铁 | 1422 |
| 霍尔元件 | 1424 |
| 计算器 | 144 |
| 转轴 | 150 |
| 第二相机 | 200 |
| 基板 | 300 |
| 模式识别装置 | 400 |
| 计算装置 | 500 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明第一实施方式的立体视觉系统10并排设置的一个第一相机100及一个第二相机200，该第一相机100包括一个外壳110、一个转动设置于该外壳内的相机模组120、一个用于驱动该相机模组120转动的驱动装置130及一个用于测量该相机模组120的转动角度的测量装置140，该相机模组120包括一个光轴O，并通过一个转轴150与该外壳110转动连接。该转轴150垂直穿过该光轴O。该转动角度用于计算位于该相机模组120及该第二相机200的视场内的一点(清参下文)到该立体视觉系统10的距离。
具体的，该立体视觉系统10还包括一个基板300。该外壳110固定设置于该基板300上，并包括一个筒状的收容部112。该相机模组120收容于该收容部112内，并与该基板300间隔设置，以预留空间进行转动。
该驱动装置130包括两对磁性元件132及一个第一驱动电路134。每对磁性元件132至少包括一个电磁元件136及一个配对元件138。该配对元件138可以为永久磁铁或电磁元件。该两个配对元件138固定于该相机模组120与该基板300相对的端面上，且分别位于该端面上垂直于该转轴150的直径上的两端。该两个电磁元件136设置于该基板300上，且分别与对应的配对元件138正对。该第一驱动电路134用于驱动该两个电磁元件136，以使该两对磁性元件132驱动该相机模组120转动或静止。例如，对该两个电磁元件136施加不同的电压，可以使得该两个配对元件138受到不同的磁力作用，如此，该相机模组120位于该转轴150的两侧将受到不同的作用力将绕该转轴150转动。当然，该驱动装置130并不限于本实施方式，另外的实施方式中，每对磁性元件132的电磁元件136及配对元件138的位置可以互换。
该测量装置140包括一个霍尔传感器142及一个计算器144，其包括两个相对于该基板300固定设置的磁铁1422(例如设置于该外壳110上)及一个设置在该两个磁铁1422之间且固定于该相机模组120的霍尔元件1424及一个计算器144。具体的，该霍尔元件1424设置于该相机模组120与该基板300相对的端面。如此，该测量装置140可以测量该霍尔元件1424相对于该基板300的位移。该计算器144用于根据该霍尔元件1424的位移、该霍尔元件1424及该转轴150的坐标位置计算出该相机模组120的转动角度。当然，该测量装置140并不限于本实施方式，可以采用其他的角度测量装置。
该第二相机200也可以固定设置于该外壳110上。
请参阅图2，以测量A点的物距为例，由于A点同时落入该第一相机100及该第二相机200的视场fl及fr内，因此，无需转动该相机模组120便可通过A点该第一相机100及该相机模组120成像的位置差异(即视差)，计算得到A点到该立体视觉系统10的距离(通常为A点到该第二相机200的影像感测器12的距离，即物距)。具体的，该相机模组120与该第二相机200均包括一个镜头11及一个影像感测器12。每个镜头11均包括有光轴O(该相机模组120的镜头11的光轴O即该相机模组的光轴O)。A点在该第二相机200成像Al点，而在该相机模组120成像Ar点，则根据相似三角形关系可以得到A点到该立体视觉系统10的距离为：
。
其中，为点Al到该第二相机200的影像感测器12的中心的距离(即Ar到该第二相机200所成的图像的中心的距离)，为点Ar到该相机模组120的影像感测器12的中心的距离(即Ar到该相机模组120所成的图像的中心的距离)，为该第二相机200的影像感测器12的中心到该相机模组120的影像感测器12的中心的距离(即该第一相机100的光轴O到该第二相机100的光轴O的距离)，为该第二相机200及该相机模组120的后焦距。及可通过模式识别等技术获得，而及通常可通过预先设置或者测量获得。
因此，该立体视觉系统100可以进一步包括一个模式识别装置400及一个计算装置500。该模式识别装置400用来识别Al点及Ar点并得到及。该计算装置500用来根据上面的等式计算得到。
当然，在其他实施方式中也可省略该模式识别装置400及该计算装置500，及可通过人工识别并测量得到，而计算也可通过人工实现。
请参阅图3，对于B点，由于未落入该相机模组120的视场fr，需转动该相机模组120进行测量。具体的，B点在该第二相机200成像Bl点，因此，可以通过该模式识别装置400获得Bl到该第二相机200的影像感测器12的中心的距离，然后转动该相机模组120至B点落入该相机模组120的视场fr(该模式识别装置400识别到B点在该相机模组120的成像Br点)，通过该测量装置140可以得到此时该相机模组120的转动角度为，如此，可通过查询索引表的方式得到B点到该立体视觉系统10的距离(通常为B点到该第二相机200的影像感测器12的距离)。查询表可以通过多次试验得到，其结构可以为：
也即是说，通过次试验，每次试验设定索引1及索引2的数值(如(,))，然后测量对应的结果的数据(例如)，并可得到上面的索引表。由于，并非所有的及都能找到对应的索引，因此，查询过程中可采用内插法(将及内插入对应的索引)或者取整法(对及取整，使取整值等于最靠近的一组索引的数值)。
具体的，可以通过该计算装置500实现查询动作。当然，也可以通过人工方式查询。
如此，可通过转动该相机模组120使该第二相机200的视场内本来未落入该第一相机100的视场的目标点落入该第一相机100的视场内，也即是说可以使更多的目标点同时落入该第一相机100及该第二相机200的视场，从而能够获得更多的目标点在该第一相机100及该第二相机200成像的视差，进而能够测量更多的目标点到该立体视觉系统10的距离，也即是说，能扩大该立体视觉系统10的物距测量范围。
请参阅图4，本发明的第二实施方式的立体视觉系统20与该立体视觉系统10基本相同，但该立体视觉系统20的驱动装置230包括一个弹簧232，一个压电马达234及一个第二驱动电路236。该弹簧232及该压电马达234分别设置在该相机模组120与该基板300之间，且分别位于该相机模组120与该基板相对的端面上垂直于该转轴150的直径上的两端124及126。其中，该弹簧232的两端分别连接该相机模组120及该基板300，而该压电马达234包括一个沿平行于该光轴O的方向设置且固定于该相机模组120的杆状运动件2342、一个正对该运动件2342设置于该基板300上的导筒2344及一个相对于该基板300固定设置(例如固定于该导筒振动件2346)且与该运动件2342接触的振动件2346。该第二驱动电路236用于驱动该振动件2346抓住该运动件2342伸缩，迫使该运动件2342在该导筒2344内运动或静止，从而驱动该相机模组120转动或静止。
当然，本发明的驱动装置还不应限于此，还可以采用其他可以驱动该相机模组120绕该转轴150转动的装置，例如转动马达。
一般地，该基板300为电路板，该第一驱动电路134可以设置于该基板300上，并通过该基板300与该两个电磁元件136连接、通讯。该第二驱动电路236也可设置于该基板300上，并通过该基板300与该压电马达234连接、通讯。该计算器144也可以设置在该基板300，并通过该基板与该霍尔传感器142连接、通讯。该模式识别装置400也设置于该基板300上，并通过该基板300与该相机模组120及该第二相机200连接、通讯。该计算装置500也可以设置于该基板300上，并通过该基板300与该测量装置140及该模式识别装置400连接、通讯。
总之，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于测距的立体视觉系统，其包括并排设置的一个第一相机及一个第二相机，该第一相机包括一个外壳、一个转动设置于该外壳内的相机模组、一个用于驱动该相机模组转动的驱动装置及一个用于测量该相机模组的转动角度的测量装置，该相机模组包括一个光轴，并通过一个转轴与该外壳转动连接；该转轴垂直穿过该光轴；该转动角度用于计算位于该第一相机及该第二相机的视场内的一点到该立体视觉系统的距离，该立体视觉系统还包括一个模式识别装置及一个计算装置；该相机模组未转动时，同时落入该第二相机及该相机模组的视场内的A点在该第二相机及该相机模组分别成像Al点及Ar点；该模式识别装置用于识别Al点及Ar点并得到Al点到该第二相机所成的图像的中心的距离xl及Ar点到该相机模组所成的图像的中心的距离xr；该计算装置用于计算da＝bf(xl-xr)，其中,da为A点到该立体视觉系统的距离，b为该第二相机的光轴到该相机模组的光轴的距离，f为该第二相机及该相机模组的后焦距。
2.如权利要求1所述的立体视觉系统，其特征在于，该立体视觉系统还包括一个基板；该外壳固定设置于该基板上；该外壳包括一个筒状的收容部；该相机模组收容于该收容部内，并与该基板间隔设置。
3.如权利要求2所述的立体视觉系统，其特征在于，该驱动装置包括两对磁性元件及一个第一驱动电路；每对磁性元件至少包括一个电磁元件及一个配对元件；该两对磁性元件的两个配对元件固定于该相机模组与该基板相对的端面上，且分别位于该端面上垂直于该转轴的直径上的两端；该两对磁性元件的两个电磁元件设置于该基板上，且分别与对应的配对元件正对；该第一驱动电路用于驱动该两个电磁元件，以使该两对磁性元件驱动该相机模组转动或静止。
4.如权利要求3所述的立体视觉系统，其特征在于，该第一驱动电路用于对该两个电磁元件施加不同的电压，以使得该两个配对元件受到不同的磁力作用。
5.如权利要求2所述的立体视觉系统，其特征在于，该驱动装置包括一个弹簧，一个压电马达及一个第二驱动电路；该弹簧及该压电马达分别设置在该相机模组与该基板之间，且分别位于该相机模组与该基板相对的端面上垂直于该转轴的直径上的两端；该弹簧的两端分别连接该相机模组及该基板；该压电马达包括一个沿平行于该光轴的方向设置且固定于该相机模组的杆状运动件、一个正对该运动件设置于该基板上的导筒及一个相对于该基板固定设置且与该运动件接触的振动件；该第二驱动电路用于驱动该振动件抓住该运动件伸缩，迫使该运动件在该导筒内运动或静止，从而驱动该相机模组转动或静止。
6.如权利要求2所述的立体视觉系统，其特征在于，该测量装置包括一个霍尔传感器及一个计算器，该霍尔传感器包括两个相对于该基板固定设置的磁铁及一个设置在该两个磁铁之间且固定于该相机模组的霍尔元件；该霍尔元件设置于该相机模组与该基板相对的端面；该测量装置用于测量该霍尔元件相对于该基板的位移；该计算器用于根据该霍尔元件的位移、该霍尔元件及该转轴的坐标位置计算出该相机模组的转动角度。
7.如权利要求1所述的立体视觉系统，其特征在于，落入该第二相机的视场内而未落入该相机模组的视场内的B点在该第二相机成像Bl点，该模式识别装置用于识别获得Bl并得到Bl点到该第二相机所成的图像的中心距离x，并用于识别该相机模组转动后B点在该相机模组的成像Br点；该计算装置用于根据x及该测量装置得到的B点进入该相机模组时该相机模组的转动角度θ查询一个索引表得到B点到该立体视觉系统的距离。
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