CN104618709A - 一种双双目红外与可见光融合立体成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双双目红外与可见光融合立体成像系统，涉及双目立体成像系统领域，所述立体成像系统包括：左视场可见光摄像机和右视场可见光摄像机，对称摆放，正对被测对象放置，确保光轴相互平行、成像面共面；左视场二向色镜和右视场二向色镜对称摆放，分别放置在左视场可见光摄像机和右视场可见光摄像机之前；左视场红外线摄像机和右视场红外线摄像机对称摆放，分别布置在左视场可见光摄像机和右视场可见光摄像机的外侧，镜头分别朝向左视场二向色镜和右视场二向色镜。本发明通过“双双目”红外与可见光图像融合技术的设计，弥补了单一波段立体成像系统的不足，解决了因系统间配合而降低所获取图像的精度的问题。

Description

一种双双目红外与可见光融合立体成像系统

技术领域

本发明属于双目立体成像系统领域，具体涉及一种双双目红外与可见光融合立体成像系统。

背景技术

随着科学技术的发展，图像技术在信息获取技术当中占有越来越重要的位置，对所获取图像的质量及性质的要求也越来越高。为满足图像获取质量的要求，红外与可见光融合技术及三维立体重构技术应运而生，并获得了广泛的应用。

现有的双目立体视觉系统，以采用单一波段摄像机搭建的较为常见。可见光双目立体视觉系统技术成熟，但无法适应烟雾、高温、黑暗等特殊环境下的工作需要；红外波段立体视觉系统虽能在某些特殊环境下具有成像优势，但红外图像无法反应被测物纹理细节，成像对比度较低、信噪比不高。因此单独使用一套系统时所获取的图像信息单一、使用环境受限；而如果同时使用两套系统，会因系统间配合的问题而降低所获取图像的精度，并且提高整体成本。图像融合技术可以实现将多波段信息整合，但该技术在立体视觉领域的应用还未见报道。

发明内容

本发明提供了一种双双目红外与可见光融合立体成像系统，弥补了单一波段立体成像系统的不足，因系统间配合而降低所获取图像的精度的问题，详见下文描述：

一种双双目红外与可见光融合立体成像系统，所述立体成像系统包括：右视场二向色镜、左视场二向色镜、左视场红外线摄像机、右视场红外线摄像机、左视场可见光摄像机和右视场可见光摄像机，

所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机，对称摆放，正对被测对象放置，确保光轴相互平行、成像面共面；

所述左视场二向色镜和所述右视场二向色镜对称摆放，分别放置在所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机之前；

所述左视场红外线摄像机和所述右视场红外线摄像机对称摆放，分别布置在所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机的外侧，镜头分别朝向所述左视场二向色镜和所述右视场二向色镜。

所述左视场红外摄像机和所述右视场红外摄像机的型号为Photon640红外热像机芯。

所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机的型号为IMPERX B2020。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明通过“双双目”红外与可见光图像融合技术的设计，弥补了单一波段立体成像系统的不足，解决了因系统间配合而降低所获取图像的精度的问题。在一次拍摄中同时完成两路红外图像与两路可见光图像的采集，能够提高图像融合与三维重构的效率与精度；由一套系统完成图像融合与三维重构的源图像采集，相对于传统的两套系统完成的方法来说成本更低；能实现对同一被测物多个波段双目图像的同时采集，可适应特殊环境下对被测物进行三维重构的需求。

附图说明

图1为一种双双目红外与可见光融合立体成像系统的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：被测对象；                    2：右视场二向色镜；

3：左视场二向色镜；              4：左视场红外线摄像机；

5：右视场红外线摄像机；          6：左视场可见光摄像机；

7：右视场可见光摄像机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

该系统以传统的双目立体视觉系统为雏形发展而来。由于需同时获取可见光波段与红外波段图像，所以将原双目立体视觉系统中的每台摄像机均替换为由可见光摄像机与红外摄像机构成的摄像机组。每一视场的图像均由摄像机组采集获得。每组摄像机包括可见光与红外波段的摄像机各一台，故称其为“双双目”结构。

一种双双目红外与可见光融合立体成像系统，参见图1，该立体成像系统包括：右视场二向色镜2、左视场二向色镜3、左视场红外线摄像机4、右视场红外线摄像机5、左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7。

本发明中，左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7，对称摆放，正对被测对象1放置，确保其光轴相互平行、成像面共面；左视场二向色镜3和右视场二向色镜2对称摆放，分别放置在左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7之前，与其光轴成45度夹角，以便将被测对象1发射光线中的可见光部分分别反射到左右两侧；左视场红外线摄像机4和右视场红外线摄像机5对称摆放，分别布置在左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7的外侧，镜头分别朝向左视场二向色镜3和右视场二向色镜2。

左视场红外线摄像机4的光轴在左视场二向色镜3的镜像作用下与左视场可见光摄像机6的光轴重合，以确保左侧的左视场可见光摄像机6与左视场红外线摄像机4能够从基本一致的角度对被摄物进行拍摄。

右视场红外线摄像机5的光轴在右视场二向色镜2的镜像作用下与右视场可见光摄像机7的光轴重合，以确保右侧的右视场可见光摄像机7与右视场红外线摄像机5能够从基本一致的角度对被摄物进行拍摄。

左视场红外线摄像机4和左视场可见光摄像机6为第一摄像机组，右视场红外线摄像机5和右视场可见光摄像机7为第二摄像机组，四个摄像机可同时从各自角度对被测物进行红外与可见光波段的图像采集。经过设计的系统光路结构可以有效保证同一视场内的红外与可见光摄像机视角基本一致，为后续的图像融合配准工作提供良好基础。

系统工作时，为保证第一摄像机组内的左视场红外线摄像机4和左视场可见光摄像机6同时工作，且拍摄角度与视场范围尽量一致，为此在两互成角度的左视场红外线摄像机4和左视场可见光摄像机6中间加入了可以透射可见光并反射红外光的左视场二向色镜3。由被测物1反射的可见光以及辐射的红外光经左视场二向色镜3分成两束，红外辐射经左视场二向色镜3反射入左视场红外线摄像机4，可见光经左视场二向色镜3透射至左视场可见光摄像机6。

系统工作时，为保证第二摄像机组内的右视场红外线摄像机5和右视场可见光摄像机7同时工作，且拍摄角度与视场范围尽量一致，为此在两互成角度的右视场红外线摄像机5和右视场可见光摄像机7中间加入了可以透射可见光并反射红外光的右视场二向色镜2。由被测物1反射的可见光以及辐射的红外光经右视场二向色镜2分成两束，红外辐射经左右视场二向色镜2反射入右视场红外线摄像机5，可见光经右视场二向色镜2透射至右视场可见光摄像机7。

其中，本发明中采用的右视场二向色镜2和左视场二向色镜3的玻璃的正面经过特殊加工，可反射红外光，透射可将光。如图1所示，将右视场二向色镜2和左视场二向色镜3分别放置在左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7之前，与光轴(分别与左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7的光轴)成45度夹角，以便将被照物体发射光线中的可见光部分分别反射到左右两侧。

图像采集过程中，被测对象1反射可见光并同时辐射红外光，光线左右各一路。以左视场为例，光线经左视场二向色镜3后，可见光透射至左视场可见光摄像机6，红外光反射至左视场红外摄像机4。由于左视场红外摄像机4光轴的镜像与左视场可见光摄像机6光轴重合，所以左视场红外摄像机4和左视场可见光摄像机6将从同一角度分别获取到一幅可见光图像与一幅红外图像。经过上述同样的过程，右视场红外摄像机5和右视场可见光摄像机7也将分别获得一幅可见光图像与一幅红外图像。以这四幅源图像为基础，就可进行后续融合与三维重建工作。

进一步地，本发明中，选用的左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7设备的型号相同；选用的左视场二向色镜3和右视场二向色镜2设备的型号相同；选用的左视场红外线摄像机4和右视场红外线摄像机5设备的型号相同。

本发明中左视场红外摄像机4和右视场红外摄像机5采用型号为Photon640红外热像机芯。该机芯采用非制冷探测器，可产生644×512像素清晰图像。红外热像机芯Photon640专为原始设备制造商(OEM)设计，很容易集成到需要采用先进的非制冷热成像解决方案的系统中。其结构紧凑轻巧，易于集成，可在-40℃到+80℃的温度范围内工作。机芯中含有先进的数字图像细节增强(DDE)视频处理算法，有助于在夜间或白天更好的区别边缘和其他图像细节。因此，该红外摄像机可以在全黑、烟雾、灰尘和薄雾条件下生成清晰的红外图像。

本发明中可见光图像采集采用的左视场可见光摄像机6和右视场可见光摄像机7选用的型号为IMPERX B2020。IMPERX最新BOBCAT系列相机采用紧凑型设计，体积为45mm×45mm×39mm，同时承继了Imperx相机在内部处理功能方面的优势，包含了平场校正、坏点补偿等多项高级处理功能，具有较高性价比，是一款专为满足大量的机器视觉应用而设计的工业相机。具有水平和垂直方向的1x，2x，3x，4x，8x的Binning功能，并且该相机拥有自动曝光、自动增益、自动光圈控制功能，像素最大可达到2060×2050。同时BOBCAT突破了Imperx原有的芯片类型，部分机型采用Sony芯片，采用统一的设计平台，相同的外形尺寸，相同的参数设置和控制模式，使整个系统更易于使用。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双双目红外与可见光融合立体成像系统，所述立体成像系统包括：右视场二向色镜、左视场二向色镜、左视场红外线摄像机、右视场红外线摄像机、左视场可见光摄像机和右视场可见光摄像机，其特征在于，

所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机，对称摆放，正对被测对象放置，确保光轴相互平行、成像面共面；

所述左视场二向色镜和所述右视场二向色镜对称摆放，分别放置在所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机之前；

所述左视场红外线摄像机和所述右视场红外线摄像机对称摆放，分别布置在所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机的外侧，镜头分别朝向所述左视场二向色镜和所述右视场二向色镜。

2.根据权利要求1所述的一种双双目红外与可见光融合立体成像系统，其特征在于，所述左视场红外摄像机和所述右视场红外摄像机的型号为Photon640红外热像机芯。

3.根据权利要求1所述的一种双双目红外与可见光融合立体成像系统，其特征在于，所述左视场可见光摄像机和所述右视场可见光摄像机的型号为IMPERX B2020。