CN104423136A - 紧凑立体视觉图片获取系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种紧凑立体视觉图片获取系统。本发明领域为立体视觉图片获取系统，其包括第一照相机和第二照相机，第一照相机包括第一光学物镜，第二照相机包括第二光学物镜，两个物镜的光学特性实质相同，立体视觉系统包括平面半反射板，其布置在第一物镜前面并且在第一物镜的光轴上以确定角度倾斜。根据本发明的立体视觉图片获取系统包括光学元件，其包括平面反射表面，平面反射表面布置在第二物镜的水平并且在第二物镜的光轴上以相同的角度这样倾斜，即第二物镜的光轴的主要部分与第一物镜的光轴实质上平行。该元件可是平面镜面或者返回棱镜。后者可位于第二物镜的光学组合的内部。第一物镜然后包括光学厚度相同的板。这两个物镜可具有可变焦距。

Description

紧凑立体视觉图片获取系统

技术领域

本发明的技术领域是立体视觉图片获取系统，更具体而言，是需要两个图片获取照相机的立体视觉图片获取系统。

背景技术

对于从几个不同的视角获取图像的镜头，几个照相机和物镜是必需的。根据观看者在投影设备前的位置，立体视觉呈现可以单独依赖两个图像(左侧图像和右侧图像)或者依赖成组的几个图像，对于观看者而言，所述成组的几个图像中仅有一对是可见的。后一种系统允许所谓“多视角”3D图像的播放。在3D投影图像前移动的观看者看见所表现的物体如同它们在现实中的移动那样地移动。

“3D“视力对应于，用以给出物体在空间中的位置的，通过双眼感知的图像的经由大脑的解释。归纳的位置取决于通过观看者的双眼感知的图像之间的差别。如果物体处于运动之中，在同一瞬间获取的图像必须是同步的，使得在连续获取的图像(左侧和右侧)之间的物体的位移不会被解释成距离信息。

现有技术中已知了仅使用单一传感器的立体视觉光学解决方案。尤其是，将会引用专利DE 10 2004/052253和EP 0 969 308，其描述了包括两个输入镜片以及单一传感器以便重现两个视点的立体视觉设备。同样已知的是仅使用单一头镜片的解决方案。在该目录下，将引用专利US 6 335 833和JP 2008/292513。然而，大多数图片获取系统包括成对的(一般是完全相同的)通道。

在该类型的立体视觉系统中，每个通道或者照相机包括三个主子组件，即：

传感器盒，所述传感器盒包括感光传感器以及相关的电子控制构件；

光学物镜，所述光学物镜一般是视野可变的变焦器。在该类型的镜片中至少会监控三个参数，决定视野的焦距、决定锐度距离的对焦以及决定检测器所接收的照度的光圈。

电子机械设备，所述电子机械设备使得其能够控制各个参数的值。

两个照相机然后安装在公共机械平台上，该公共机械平台包括轴间间隔和汇聚调整装置。在图片获取系统的第一实施方式中，简单地将照相机并排放置，物镜的光轴在一个并且相同的平面中，镜片能够轻微地汇聚。曾经在相同的平面上的它们的轴间间隔是可调整的。光瞳间距使得能够调适立体视觉显示的程度。该实施方式的缺点在于，将物镜的两个光轴分开的距离必需具有最小值，该最小值与镜片以及镜片的支撑物的庞大性有关。在某些图片获取配置中，立体视觉效果从而受到了限制。

图1中显示的系统S_3D不具有这样的缺点。其包括两个照相机C1和C2，照相机C1和C2相对彼此垂直地布置并且由半反射板L分开，半反射板L对于照相机的物镜的轴以45度布置。在该配置中，机械的限制消失，而且能够付出一定代价地将光轴分开所希望的距离，然而，该代价为光度测定的衰减以及由半反射板的厚度引起的在一个通路上的轻微的光学路径差别。

尤其是，其能够重现零光瞳间距。轴间间隔和照相机/物镜之间的会聚保持为可调整的。可惜的是，该机械设置相当庞大，而且光-机械组件可能是难以操纵的，特别是对于便携式系统。

发明内容

本发明的目标是，通过引入第二返回板，致使后一种配置更加紧凑并且与在摄像师的肩膀上的便携式使用相兼容，第二返回板是与第一半反射板平行的，使得照相机的物镜的光轴平行而不会引入额外的光晕。

更具体而言，本发明的主题是立体视觉图片获取系统，其包括第一照相机和第二照相机，第一照相机包括第一光学物镜，第二照相机包括第二光学物镜，第一物镜的光学特性与第二物镜的光学特性实质上完全相同，所述立体视觉图片获取系统包括平面半反射板，所述平面半反射板布置在第一物镜前部并且在所述第一物镜的光轴上以确定角度倾斜，其特征在于，所述立体视觉图片获取系统包括至少一个光学元件，所述光学元件包括平面反射表面，平面反射表面布置在第二物镜的水平处并且在所述第二物镜的光轴上以相同的确定角度以这种方式倾斜，即，使得第二物镜的光轴的主要部分与第一物镜的光轴实质上平行。

有利地，光学元件是布置在第二物镜前部的倾斜平面反射镜面。

有利地，平面半反射板和平面反射镜面牢固地布置在固定结构中，第一照相机和/或第二照相机包括相对于其他照相机的平移调整装置的机械构件。

有利地，平面反射镜面以这样的方式固定到第二照相机，即，所述第二照相机包括相对于第一照相机的平移调整装置的机械构件，平面反射镜面随着其移动。

有利地，第一光学物镜包括光学子组件，该光学子组件布置在所述第一光学物镜的前部并且包括厚玻璃板，所述光学元件是返回棱镜，该返回棱镜包括所述平面反射表面，所述返回棱镜的光学厚度与厚玻璃板的光学厚度完全相同。

有利地，两个光学子组件具有光学倍率。

有利地，第一光学物镜和第二光学物镜是具有汇聚-发散光学变化器的变焦器。

有利地，位于光学物镜前部的光学子组件包括根据待观察的场景的距离而确保对焦的能够移动的群。

有利地，在正常使用位置，第一光学物镜和第二光学物镜的光轴实质上在竖直平面中。

附图说明

在阅读根据并借助于所附附图的非限定性说明时，本发明将得到更好的理解，并且其他的优点将变得清楚，在所附附图中：

图1表示根据现有技术的具有两个照相机的配置中的立体视觉图片获取系统；

图2a和图2b表示具有根据本发明的立体视觉图片获取系统的镜面的第一配置，其中，图2a为前视图并且图2b为侧视图；

图3a和图3b表示根据本发明的立体视觉图片获取系统的所述第一配置的第一变体，其中，图3a为前视图并且图3b为侧视图；

图4a和图4b表示根据本发明的立体视觉图片获取系统的所述第一配置的第二变体，其中，图4a为前视图并且图4b为侧视图；

图5表示根据本发明的具有棱镜的第二配置的第一物镜的工作原理；

图6表示具有棱镜的所述第二配置的第二物镜的工作原理；

图7表示具有棱镜的所述第二配置的第一物镜以及第二物镜的装配；

图8表示具有立体视觉图片获取系统的棱镜的第二配置的完整的装配。

具体实施方式

通过第一实例的方式，图2a和图2b表示根据本发明的具有立体视觉图片获取系统的镜面的第一配置。图2a和图2b包括在参考系(x，y，z)内参考的端视图和局部侧视图。在这些视图中，镜面已经表示为具有光学物镜的前面部件。在图2a和图2b的侧视图以及接下来的附图中，界定照相机的视野的光线由细线表示。

在该图2a和图2b中，立体视觉图片获取系统包括第一照相机和第二照相机，第一照相机包括第一光学物镜O1，第二照相机包括第二光学物镜O2，第一物镜的光学特性与第二物镜的光学特性实质上完全相同。一般而言，这些物镜是变焦器。这两个物镜的光轴互相平行并且平行于z轴。

两个光轴的平行是通过光学组件而获得的，所述光学组件包括平面半反射板M1以及反射平面镜面M2，平面半反射板M1布置在第一物镜前面而且在所述第一物镜的光轴上以确定角度倾斜，反射平面镜面M2布置在第二物镜的水平上并且在第二物镜的光轴上以相同的确定角度倾斜。倾斜的角度为大约45度。半反射板和镜面的布置使得能够在两个光通路上保留完全相同的图像取向。在两个图片获取通路之间其既不产生图像旋转也不产生倒置。

从而，由物体发出的光线的一部分直接经过(通过传递)平面半反射板M1并且由第一物镜聚焦，其中所寻求的是产生所述物体的立体视觉图像。第二部分继续由平面半反射板M1和镜面M2反射，然后由第二光学物镜聚焦。

第二照相机及其物镜O2安装在平移压板上，使得能够以沿着x轴的确定值改变在两个物镜O1和O2的光轴之间的光瞳间距。在图2a和图2b、图3a和图3b以及图4a和图4b中的位移表示为透明箭头。应当注意，也能够沿着y轴产生这样的位移。但是这样的配置导致较大的体积并且是更加不利的。光瞳间距的这个值可以是零。可选择地，其他旋转压板使得能够关于姿态和汇聚相对于一个照相机调整另一个照相机的取向。由平面半反射板M1和镜面M2构成的组件安装在没有调整装置的固定结构中以便最小化其体积和其质量。

半反射板M1和镜面M2以这样的方式进行布置，即，在正常位置中，一方面在物体与第一物镜之间的距离和在物体与第二物镜之间的距离实质上相等。镜面M1和M2的位置与尺寸、将它们分开的竖直距离以及倾斜的角度被最优化，使得不论变焦器的焦距和水平光瞳间偏移如何，都不会引入较大的光晕。该最优化构成本领域技术人员的一般知识中的一部分。如图2a和图2b的在端视图所示，半反射板和镜面具有实质上梯形的形状。

在该第一配置中，镜面被固定并且具有较大的尺寸。通过牢固地将镜面M2结合到第二照相机，能够减小系统的庞大性。图3a和图3b示出了该第一变体实施方式。在该配置中，第二照相机以及安装在其平移压板上的它的物镜O2被移置，镜面M2也被移置。镜面M2的尺寸从而得以大幅减小，但是所付出的代价是第二照相机的更大的机械复杂性。

最后，图4a和图4b示出了第二变体实施方式。在该配置中，半反射板M1和镜面M2得以固定，第二照相机也得以固定。第一照相机及其物镜O1安装在平移压板上。在后一种配置中，镜面具有最小尺寸而且安装在固定的结构中。

之前的配置可能需要较大尺寸的镜面和半反射板，如果视野和光瞳具有较大尺寸则尤其如此。因此，如果光学物镜的设置适合于实施第二类型的光学配置，则能够实施第二类型的光学配置。在该配置中，镜面M2被返回棱镜替换，返回棱镜构成物镜O2的光学组合的一部分，而且物镜O1包括厚玻璃板，返回棱镜的光学厚度与厚玻璃板的光学厚度完全相同。

通过非限制性实例的方式，在光学变焦器的情况下，图5到图8示出了光学系统的该第二配置。两个照相机的物镜O1和O2包括六个透镜或者成群的透镜，标识为L1到L6。物镜O1包括厚板E而且物镜O2包括棱镜P。物镜O1和O2布置在感光传感器D1和D2的前面。在这些各种附图中，界定照相机的视野的光线由细线表示。

每个变焦器O1和O2包括第一组件、第二固定组件以及第三组件，第一组件位于包括成群的透镜L1和L2的前部处，第二固定组件位于包括成群的透镜L5和L6的变焦器的后部处，第三组件被称为变化器，其包括可移动群L3和L4。在该实例中，变化器是汇聚-发散类型的。其以这样的方式布置，即，当光学群L3和L4根据一定的规则而一起被带引得更接近时，视野以及变焦器的焦距从而以预定的比例(其限定了变焦比率)变化，对焦保持不变。图5表示该焦距的改变。在该图中，引发的群的位置和视野的变化由三个V形表示。

位于前部处的组件有利地包括沿着透镜的光轴可移动的透镜，以便能够不论所选的变焦器的焦距值如何而在限定的距离聚焦并且保留该对焦。

板E和棱镜P具有相同的输入面、相同的光学厚度并且由相同的材料制作。因此，它们在光学上是完全相同的。如图6所示，棱镜P包括反射表面S，反射表面S具有与之前的配置的镜面M2相同的功能。在变体中，该面S可以根据全内部反射模式工作。

在图7中表示了两个物镜O1和O2在立体视觉系统中的安装。如同之前的配置，两个物镜由半反射板M1分开。该半反射板M1和反射表面S的倾斜是完全相同的。

在图8中表示了包括物镜O1和O2的两个照相机C1和C2的最后安装。在公共平台P_C上两个照相机头对尾地安装，公共平台P_C包括各个调整装置，尤其是汇聚调整装置。完整的装配形成立体视觉系统S_3D。

该技术解决方案产出更紧凑的立体视觉系统，其具有使用其光学设置轻微不同的两个物镜的限制。

Claims (5)

1.一种立体视觉图片获取系统，包括第一照相机(C1)和第二照相机(C2)，第一照相机(C1)包括第一光学物镜(O1)，第二照相机(C2)包括第二光学物镜(O2)，第一物镜的光学特性与第二物镜的光学特性实质上完全相同，所述立体视觉图片获取系统包括平面半反射板(M1)，平面半反射板(M1)布置在所述第一物镜前部并且在所述第一物镜的光轴上以确定角度倾斜，其特征在于，所述第一光学物镜包括光学子组件(L1、L2)，光学子组件(L1、L2)布置在所述第一光学物镜前部并且包括厚玻璃板(E)，并且所述第二物镜包括光学子组件(L1、L2)，除了将所述厚玻璃板替换为返回棱镜(P)之外所述第二光学物镜的光学子组件(L1、L2)与所述第一光学物镜的光学子组件(L1、L2)完全相同，返回棱镜(P)包括平面反射表面，所述返回棱镜的光学厚度与所述厚玻璃板的光学厚度完全相同，所述平面反射表面在所述第二物镜的光轴上实质上以相同的确定角度以这样的方式倾斜，即，使得所述第二物镜的光轴的主要部分与所述第一物镜的光轴实质上平行。

2.根据权利要求1所述的立体视觉图片获取系统，其中两个所述光学子组件具有光学倍率。

3.根据权利要求1所述的立体视觉图片获取系统，其特征在于，所述第一光学物镜和所述第二光学物镜是具有汇聚-发散光学变化器(L3、L4)的变焦器。

4.根据前述权利要求中的一项所述的立体视觉图片获取系统，其特征在于，位于物镜前部的子组件包括根据待观察的场景的距离而确保对焦的能够移动的群。

5.根据前述权利要求中的一项所述的立体视觉图片获取系统，其特征在于，在正常使用位置，所述第一光学物镜和所述第二光学物镜的光轴实质上在竖直平面中。