CN104935915B - 成像装置、三维成像系统及三维成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维成像用成像装置，其包括第一镜头、第二镜头及图像传感器；第一镜头与第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，第一感光区与第二感光区相互分离，即第一感光区与第二感光区为该图像传感器的靶面上相互无重叠部分的两个区域，第一图像经第一镜头投射至第一感光区，第二图像经第二镜头投射至第二感光区。该成像装置不仅结构简单、体积小且成本低，而且在使用单个调焦机构进行调焦时，可简化整个成像装置的装配工艺。此外，本发明还提供一种以该成像装置构建的三维成像系统及可使用该三维成像系统进行成像的三维成像方法。

Description

成像装置、三维成像系统及三维成像方法

技术领域

本发明涉及一种三维成像用成像装置，以该成像装置构建的三维成像系统与三维成像方法。

背景技术

由于三维场景存在纵深信息而具有立体感，人眼之所以能够感受三维场景的立体感，是由于人横向并排布置的两眼相距一定间距，从而对于同一场景在同时刻的观察视角存在差异，该差异也称为视差，两眼观察到的两幅具有视差的图像经视觉神经中枢的融合反射及视觉心理反应便产生了三维立体感。

公布号为CN103188424A的专利文献中公布了一种三维成像模组，即三维成像系统，其包括第一成像单元、第二成像单元、存储器、色彩分离单元、对焦驱动单元及图像合成单元；在工作过程中，第一成像单元及第二成像单元用于同时以不同视角捕捉同一场景的图像，存储器用于存储第一成像单元及第二成像单元所捕捉的图像，色彩分离单元用于将第一成像单元及第二成像单元所捕捉到的图像分别用红、绿、蓝三原色表示，对焦驱动单元用于驱动第一成像单元及第二成像单元进行对焦，图像合成单元用于将第一成像单元及第二成像单元所捕捉的图像进行合成得到三维图像。

由于该三维成像模组采用两套图像传感器进行成像，导致其体积大，不适合在内窥镜等对体积要求高的设备中使用；如果采用单聚焦机构驱动两个镜头进行同步调焦，难以将两个图像传感器进行共面安装，导致其组装工艺复杂。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种三维成像用的成像装置；

本发明的另一目的是提供一种以上述成像装置构建的三维成像系统；

本发明的另一目的是提供一种可使用上述三维成像系统进行三维成像的三维成像方法；

本发明的另一目的是提供一种以上述成像装置构建的内窥镜；

本发明的另一目的是提供一种以上述成像装置构建的监控用成像装置；

本发明的另一目的是提供一种以上述成像装置构建的监控系统；

本发明的再一目的是提供一种以上述成像装置构建的移动终端设备。

为了实现上述主要目的，本发明提供一种三维成像用的成像装置，其包括第一镜头、第二镜头及图像传感器；第一镜头与第二镜头并排布置；第一镜头与第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，第一感光区与第二感光区相互分离，即第一感光区与第二感光区为该图像传感器的靶面上相互无重叠部分的两个区域，第一图像经第一镜头投射至第一感光区，第二图像经第二镜头投射至第二感光区。

由以上方案可见，由于同个图像传感器同时接收来自第一镜头及第二镜头所投射的图像，与现有技术中的每个镜头分别向一个图像传感器投射图像的技术方案相比，少用一套图像传感器驱动电路，不仅可有效地降低其体积，使具有该成像装置的三维成像系统适合于在内窥镜等对体积要求较高的设备中使用，而且降低成本；如果采用单个成像调焦机构对两个镜头进行同步调焦，不存在需要将两个图像传感器进行调整至共面布置的问题，简化成像装置的装配工艺。此外，由于图像传感器同时对两个镜头所投射的图像进行接收，便于两个镜头进行同步成像，可有效地确保两个镜头为同时进行取像，而且拍摄的帧率仅受限于图像传感器，可有效地确保一些用途对帧率的要求。

具体的方案为还包括成像调焦机构，该成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，该成像调焦致动器用于同时驱动第一镜头及第二镜头进行同步调焦。与采用两套成像调焦机构对应地对两套镜头进行调焦相比，可有效地确保两个镜头能够进行同步调焦且简化结构。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种三维成像系统，其包括成像装置及处理器；成像装置包括第一镜头、第二镜头及图像传感器；第一镜头与第二镜头并排布置，第一镜头与第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，第一感光区与第二感光区相互分离，即第一感光区与第二感光区为同个图像传感器的靶面上相互无重叠部分的两个区域，第一图像经第一镜头投射至第一感光区，第二图像经第二镜头投射至第二感光区；处理器用于将图像传感器获取的图像分割成存在视差的两幅二维图像，两幅二维图像与第一图像及第二图像一一对应；处理器还用于将两幅二维图像合成一幅三维图像。

一个具体的方案为第一镜头及第二镜头与图像传感器之间分别设有一根柱状透镜或一束传像光纤。

另一个具体的方案为图像传感器为彩色图像传感器，且其数量为一片。

另一个具体的方案为图像传感器为单色图像传感器，且其数量为三片；成像装置还包括分光棱镜组，分光棱镜组设于第一镜头及第二镜头与单色图像传感器之间，即分光棱镜组用于将第一镜头及第二镜头对同一场景在同时刻获取的图像经分光后对应地投射至三片单色图像传感器的靶面的两个相对分离的感光区内。与单片彩色图像传感器相比，可有效提高获取图像的分辨率及色彩还原性。

更具体的方案为第一镜头及第二镜头与分光棱镜组之间分别设有一根柱状透镜或一束传像光纤。

另一个具体的方案为上述成像装置还包括成像调焦机构；该成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，该成像调焦致动器用于同时驱动第一镜头及第二镜头进行同步调焦。

一个优选的方案为上述三维成像系统还包括三维投影装置，该三维投影装置包括投影光源、光束调制器、第一投影镜头及第二投影镜头；处理器根据三维图像记载的图像信息控制光束调制器对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，从光束调制器投射出的两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出，该光束调制器为DMD芯片或液晶片。采用单液晶片或DMD芯片进行投影，可以简化驱动电路，便于采用单个驱动机构对两个投影镜头进行同步调焦，有效地降低整个三维投影装置的体积，且便于同时在两个投影镜头上投射出同一帧三维图像，有效地确保两个投影镜头进行同步投射。

更优选的方案为三维投影装置还包括投影调焦机构；该投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种三维成像方法，包括以下步骤：成像步骤，图像传感器的靶面的第一感光区接收第一图像，该靶面的第二感光区同时接收第二图像，以生成第三图像；第一感光区与第二感光区相互分离，第一图像及第二图像为同时刻对同一场景进行取像获得的图像，第一图像与第二图像存在视差；分割步骤，将成像步骤获得的第三图像分割成两幅二维图像，两幅二维图像与第一图像及第二图像一一对应；合成步骤，将分割步骤获得的两幅二维图像合成一幅三维图像。该三维成像方法可采用只具有单片图像传感器的成像装置进行三维成像，便于成像装置的成像调焦机构进行同步调焦，可有效地简化成像装置的结构及减小体积。

具体的方案为图像传感器为单色图像传感器，且其数量为三片；在成像步骤中，第一图像及第二图像经分光棱镜组分光后分别对应地投射在单色图像传感器上；还包括叠加步骤，将三片单色图像传感器获得的三幅图像叠加生成用于分割步骤进行分割的图像。可有效提高获取三维图像的分辨率及色彩还原性。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种内窥镜，其包括插入管及三维成像单元；三维成像单元包括第一镜头、第二镜头及图像传感器；第一镜头与第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，第一感光区与第二感光区相互分离，第一图像经第一镜头投射至第一感光区，第二图像经第二镜头投射至第二感光区；第一镜头包括第一取像镜头、第一聚焦镜组及设于第一取像镜头与第一聚焦镜组之间的第一传像体；第二镜头包括第二取像镜头、第二聚焦镜组及设于第二取像镜头与第二聚焦镜组之间的第二传像体；第一取像镜头与第二取像镜头并排地布置在插入管的前端口；第一传像体与第二传像体穿过插入管并从插入管的后端口伸出。

由以上方案可见，，由于采用单个图像传感器，对第一传像体与第二传像体之间的间距可以根据实际需要进行布置，在提供三维成像的前提下有效地降低插入管的横截面面积；此外，可以有效地确保第一镜头与第二镜头同步进行取像。

具体的方案为第一传像体与第二传像体为柱状透镜或光纤。确保图像在传像体内进行无损传输。

第一传像体与第二传像体优选同为柱状透镜或同为光纤，确保图像在两个传像体内进行无损及同步地传输。

一个优选的方案为三维成像单元还包括处理器；处理器用于将图像传感器获取的图像分割成存在视差的两幅二维图像，两幅二维图像与第一图像及第二图像一一对应；处理器还用于将两幅二维图像合成一幅三维图像。

一个更优选的方案为上述内窥镜还包括三维投影单元；该三维投影单元包括投影光源、液晶片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制液晶片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出，即其中一束光束从第一投影镜头投射出，另一束光束从第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

另一个更优选的方案为上述内窥镜还包括三维投影单元；该三维投影单元包括投影光源、DMD芯片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制DMD芯片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

另一个优选的方案为图像传感器为单色图像传感器，且其数量为三片；三维成像单元还包括分光棱镜组，分光棱镜组设于第一镜头及第二镜头与单色图像传感器之间。

另一个优选的方案为图像传感器为彩色图像传感器，且其数量为一片。

另一个优选的方案为插入管的前端口还布置有输水出口、抽水进口、器械出口及照明口；照明口通过照明光纤与光源连通；第一取像镜头及第二取像镜头对称地布置在输水出口的两侧，且第一取像镜头、第二取像镜头及输水出口位于照明口内。

再一个优选的方案为三维成像单元的成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，成像调焦致动器用于同时驱动第一调焦镜组及第二调焦镜组进行同步调焦。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种监控用成像装置，其包括三维成像单元；该三维成像单元包括第一镜头、第二镜头及图像传感器；第一镜头与第二镜头并排布置；第一镜头与第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，第一感光区与第二感光区相互分离，第一图像经第一镜头投射至第一感光区，第二图像经第二镜头投射至第二感光区。

具体的方案为成像单元还包括成像调焦机构；该成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，该成像调焦致动器用于同时驱动第一镜头及第二镜头进行同步调焦。

优选的方案为三维成像单元的数量为n个，且n大于等于3；三维成像单元的横向视角大于等于m度，其中，m=360/n；三维成像单元环绕一根轴线地均匀布置。能够进行360度的三维成像。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种监控系统，其包括成像装置及处理器；成像装置包括三维成像单元；该三维成像单元包括第一镜头、第二镜头及图像传感器；第一镜头与第二镜头并排布置；第一镜头与第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，第一感光区与第二感光区相互分离，第一图像经第一镜头投射至第一感光区，第二图像经所述第二镜头投射至第二感光区；处理器用于将图像传感器获取的图像分割成存在视差的两幅二维图像，两幅二维图像与第一图像及第二图像一一对应；处理器还用于将两幅二维图像合成一幅三维图像。

一个具体的方案为上述监控系统还包括投影装置，该投影装置包括投影光源、液晶片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制液晶片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

另一个具体的方案为投影装置包括投影光源、DMD芯片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制DMD芯片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

一个优选的方案为三维成像单元还包括成像调焦机构；该成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，该成像调焦致动器用于同时驱动第一镜头及第二镜头进行同步调焦。

另一个优选的方案为三维成像单元的数量为n个，且n大于等于3；三维成像单元的横向视角大于等于m度，其中，m=360/n；三维成像单元环绕一根轴线地均匀布置，处理器还用于将n个三维成像单元获得的三维图像拼接成一幅360度全景的三维图像。

更优选的方案为三维成像单元还包括成像调焦机构；该成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，该成像调焦致动器用于同时驱动第一镜头及第二镜头进行同步调焦。

为了实现上述再一目的，本发明提供一种移动终端设备，其包括三维成像单元及处理器；三维成像单元包括第一镜头、第二镜头及图像传感器；第一镜头与第二镜头并排布置；第一镜头与第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，第一感光区与第二感光区相互分离，第一图像经第一镜头投射至第一感光区，第二图像经第二镜头投射至第二感光区；处理器用于将图像传感器获取的图像分割成存在视差的两幅二维图像，两幅二维图像与第一图像及第二图像一一对应；处理器还用于将两幅二维图像合成一幅三维图像。

一个具体的方案为上述移动终端设备还包括三维投影单元；该三维投影单元包括投影光源、液晶片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制液晶片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

另一个具体的方案为上述移动终端设备还包括三维投影单元；该三维投影单元包括投影光源、DMD芯片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制DMD芯片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

优选的方案为三维成像单元还包括成像调焦机构；该成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，该成像调焦致动器用于同时驱动第一镜头及第二镜头进行同步调焦。

为了实现上述再一目的，本发明提供一种三维投影装置，其包括投影光源、第一投影镜头、第二投影镜头及光束调制器，光束调制器的数量为一个；该光束调制器用于对投影光源产生的光束进行调制，并投射出两束光束，该两束光束对应地从第一投影镜头及第二投影镜头投射出。

一个具体的方案为光束调制器为DMD芯片。

另一个具体的方案为光束调制器为液晶片。

优选的方案为还包括投影调焦机构，该投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

附图说明

图1是本发明三维成像系统第一实施例的系统框图；

图2是本发明三维成像系统第一实施例中的第一镜头、第二镜头及图像传感器的结构示意图；

图3是本发明三维成像系统第一实施例中成像装置的光路示意图；

图4是本发明三维成像方法第一实施例的流程图；

图5是本发明三维成像方法第一实施例中分割步骤示意图；

图6是本发明三维成像系统第二实施例中的第一镜头、第二镜头、分光棱镜组及图像传感器的结构示意图；

图7是本发明三维成像系统第二实施例中成像装置的光路示意图；

图8是本发明三维成像系统第三实施例中的第一镜头、第二镜头、第一柱状透镜、第二柱状透镜及图像传感器的结构示意图；

图9是本发明三维成像系统第三实施例中成像装置的光路示意图；

图10是本发明三维成像系统第四实施例的系统框图；

图11是本发明三维成像系统第四实施例中第一投影光源、第二投影光源、液晶片、第一投影镜头及第二投影镜头的结构示意图；

图12是本发明三维成像系统第四实施例中三维投影装置的光路示意图；

图13是本发明内窥镜第一实施例的立体图；

图14是图13中A局部放大图；

图15是本发明内窥镜第一实施例中成像部的结构示意图图；

图16是本发明监控用成像装置第一实施例的立体图；

图17是图16中B局部放大图；

图18是本发明监控成像装置第一实施例中三个三维成像单元的相对位置关系图；

图19是本发明移动终端设备第一实施例的主视图；

图20是本发明移动终端设备第一实施例的结构示意图；

图21是本发明移动终端设备第二实施例的主视图；

图22是本发明移动终端设备第二实施例的结构示意图；

图23是本发明移动终端设备第二实施例中三维成像单元的结构示意图；

图24是本发明移动终端设备第三实施例的结构示意图；

图25是图24中C局部放大图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

成像装置、三维成像系统及其成像方法第一实施例

参见图1，三维成像系统1具有成像装置11及处理器12，成像装置11具有第一镜头111、第二镜头112及图像传感器113，处理器12具有图像分割模块121及图像合成模块122。

参见图2，第一镜头111与第二镜头112并排布置地设于图像传感器113的感光面侧，用于同时对同一场景从不同角度进行取像，从而获得两幅存在视差的图像，即第一图像与第二图像。第一镜头111具有聚焦镜组1111及调焦镜组1112，第二镜头112具有与第一镜头111相同的配置。图像传感器113可选自CCD（Charged-coupled Device）传感器与CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）传感器，图像传感器113为彩色图像传感器。

参见图3，通过第一镜头111取像获得的第一图像将成像于图像传感器113的靶面1130的第一感光区11301内，第二镜头112取像获得的第二图像将成像于第二感光区11302内，第一感光区11301与第二感光区11302为靶面1130上相对分离的两个区域，即二者间无重叠部分。

参见图4，采用三维成像系统1进行三维成像的方法具有成像步骤S1、分割步骤S2及合成步骤S3：

成像步骤S1，图像传感器113的靶面1130上第一感光区11301接收来自第一镜头111对一场景取像获得的第一图像，第二感光区11302同步接收来自第二镜头112对同一场景在同时刻取像获得的第二图像，生成第三图像；

分割步骤S2，通过处理器12中的图像分割模块121将成像步骤S1中得到第三图像分割成存在视差的两幅二维图像；

合成步骤S3，在处理器12的图像合成模块122中，将分割步骤S2分割得到的相互存在视差的两幅二维图像进行处理合成一幅三维图像。

在本实施例中，在分割步骤S2中，由于第一镜头111与第二镜头112完全一样，如图5所示，其二者对应地在图像传感器113的靶面1130内投射出两块相互分离的图像011及图像012，通过在装配过程中调整图像传感器113相对两个镜头的位置，使图像011与图像012关于图像传感器113的靶面1130的中线01对称布置，从而在分割步骤S2中可以简单将图像传感器113获得的第三图像从中间分割形成两个目标二维图像；也可以根据图像011与图像012之间具有间隔二者的过渡区域013将二者进行分割处理，该分割方法也适合于图像011及012不关于中线01对称的情况。

在合成步骤中，对将两幅二维图像的合成，采用与现有双图像传感器进行拍摄的得到两幅存在视差的两幅二维图像的处理步骤相同。

对于第一镜头与第二镜头的调焦，为通过成像装置11中的成像调焦机构中的成像调焦致动器同时对第一镜头及第二镜头进行同步调焦。

调焦致动器可为音圈电机或压电电机等致动器。

成像装置、三维成像系统及其成像方法第二实施例

作为对本发明成像装置、三维成像系统及其成像方法第二实施例的说明，以下仅对与上述成像装置、三维成像系统及其成像方法第一实施例的不同之处进行说明。

参见图6及图7，在第一镜头211及第二镜头212与图像传感器之间设有一分光棱镜组214，图像传感器为单色图像传感器，其数量为三片，分别为图像传感器2131、2132及2133，从第一镜头211及第二镜头213获取的图像将经分光棱镜组214的分光后形成红、绿、蓝三原色光分别投射于图像传感器2131、2132及2133上。

在成像步骤中，三个图像传感器获得的图像经处理中的叠加模块进行叠加步骤，得到一幅图像，即第三幅图像，使得该副图像的像素为由单个图像传感器获得图像的像素的三倍。

成像装置、三维成像系统及其成像方法第三实施例

作为对本发明成像装置、三维成像系统及其成像方法第三实施例的说明，以下仅对与上述成像装置、三维成像系统及其成像方法第一实施例的不同之处进行说明。

参见图8及图9，在第一镜头311与图像传感器313之间设有一根柱状透镜（hopkinslens）3151，在第二镜头312与图像传感器313之间也设有一根柱状透镜3152。

第一镜头311获取的图像经柱状透镜3151无损地传递给图像传感器313，第二镜头312获取的图像经柱状透镜3152无损地传递给图像传感器313。

该三维成像系统常用于内窥镜中。由于本三维成像系统采用单片图像传感器，能够满足内窥镜对两个镜头之间的小间距要求。

柱状透镜3151构成本例的第一传像体，柱状透镜3152构成本例的第二传像体，对于第一传像体与第二传像体也可为一束传像光纤。

成像装置、三维成像系统及其成像方法第四实施例

参见图10，三维成像系统4具有成像装置41、处理器42及投影装置43，成像装置41具有第一镜头411、第二镜头412及图像传感器413，处理器42具有图像分割模块421、图像合成模块422及控制模块423，投影装置43具有第一投影光源431、第二投影光源432、液晶片433、第一投影镜头434及第二投影镜头435。

成像装置41的构造及工作原理与上述第一实施例中相同，处理器42中的图像分割模块421及图像合成模块422与上述第一实施例中的相同。

参见图11及图12，第一投影光源451产生的第一光束经液晶片433的调制后从第一投影镜头434投射出，第二投影光源产生的第二光束经液晶片433的调制后从而投影镜头435投射出。

在投影装置43进行投影的过程中，处理器42中的控制模块423根据图像合成模块422合成得到的三维图像所记载的图像信息控制液晶片433同时对第一光束及第二光束进行调制后，对应地从第一投影镜头434及第二投影镜头435投射至屏幕上，显现三维图像。

第一投影光源431及第二投影光源432为背光源，可以为LED光源，也可为激光光源。

在三维投影的过程中，第一投影镜头434及第二投影镜头435通过投影调焦机构进行同步调焦，投影调焦机构具有投影调焦致动器，投影调焦致动器的动子通过传递构件同时与第一投影镜头及第二投影镜头的调焦镜组固定连接，从而可同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。

投影调焦致动器可以采用压电致动器或音圈电机等致动器。

内窥镜第一实施例

参见图13，内窥镜5具有一连接部511，连接部511的前端与插入管53的后端固定连接，后端与器械通道管512固定连接，器械通道管512的两侧布置有进水通道管514与出水通道管513，连接部511的下端部固定连接有照明光纤接口515及可拆卸地固定连接有一成像部52。

参见图14，插入管53的前端口设有输水出口533、抽水进口536、器械出口531、照明口532、第一取像镜头534及第二取像镜头535。

为了区分插入管53的前端口中各部件之间的相对位置关系，如图14所示采用不同阴影线区分各部件，第一取像镜头534及第二取像镜头535对称地布置在输水出口533的两侧近旁，抽水进口536由对称地分布于器械出口531两侧的两部分组成，照明口532围于第一取像镜头534、第二取像镜头535及输水出口533的外围。

参见图15，在成像部52的壳体内设有第一调焦镜组521、第二调焦镜组522及单片彩色的图像传感器532。

第一取像镜头534与第一调焦镜组521之间设有第一传像体，用于在二者之间进行光传输；第二取像镜头535与第二调焦镜组522之间设有第二传像体，用于在二者之间进行光传输，第一传像体与第二传像体均为一束传像光纤。

第一取像镜头534、第一传像体及第一调焦镜组521构成本例的第一镜头；第二取像镜头535、第二传像体及第二调焦镜组522构成本例的第二镜头。

第一调焦镜组521及第二调焦镜组522通过传递构件与成像调焦致动器的动子固定连接，以便采用同一个成像调焦机构驱动第一镜头及第二镜头进行同步调焦。

第一传像体，第二传像体，用于连通器械通道管512的端口与器械出口531的管路，用于连通出水通道管513的端口与抽水进口536的水管路，用于连通进水通道管514的端口与输水出口533的水管路，及穿过照明光纤接口515用于连通外部光源与照明口532的照明光纤集成于插入管53内。

第一镜头、第二镜头及图像传感器523之间的位置关系及工作原理与上述成像装置、三维成像系统及三维成像方法第一实施例中的成像装置相同。

在使用过程中，可将成像部52从连接部511上拆下，直接采用人眼在传像光纤的出口端部进行观察。

内窥镜第二实施例

作为对本发明内窥镜第二实施例的说明，以下仅对与上述内窥镜第一实施例的不同之处进行说明。

采用柱状透镜代替传像光纤用于在第一取像镜头与第一调焦镜组之间及第二取像镜头与第二调焦镜组之间进行无损的传输图像。

当第一取像镜头与第一调焦镜组不在同一直线及第二取像镜头与第二调焦镜组不在同一直线上时，可采用棱镜与柱状透镜进行配合以改变光的传输方向。

柱状透镜或柱状透镜与棱镜的组合构成本例的第一传像体与第二传像体。

内窥镜第三实施例

作为对本发明内窥镜第三实施例的说明，以下仅对与上述内窥镜第一实施例的不同之处进行说明。

采用三片单色的图像传感器代替上述单片的彩色图像传感器，并在三片单色图像传感器与第一镜头及第二镜头之间设有分光冷镜组。具体工作原理与上述成像装置、三维成像系统及三维成像方法第二实施例中的成像装置的工作原理相同，在此不再赘述。

内窥镜的组成部分并不局限于上述内窥镜各实施例，还有多种显而易见的变化，例如，还可以设有处理器与三维投影单元，其中，处理器与三维投影单元的工作原理及连接关系与上述成像装置、三维成像系统及三维成像方法第四实施例中处理器及投影装置相同，在此不再赘述。

监控用成像装置及监控系统第一实施例

监控系统具有成像装置、处理器及投影装置，其中成像装置为监控用成像装置，投影装置为三维投影装置。

参见图16至图18，监控用成像装置6的基体61上设有三维成像单元62、三维成像单元63及三维成像单元64。

参见图17，以三维成像单元62为例对本例中的三个三维成像单元的结构进行说明，三维成像单元62由壳体及安装于壳体内的第一镜头623、第二镜头624、图像传感器621与成像调焦机构622组成。

成像调焦机构622具有成像调焦致动器，成像调焦致动器的动子通过传递构件同时与第一镜头623及第二镜头624的调焦镜组固定连接，从而可同时驱动第一镜头623及第二镜头624进行同步调焦。

参见图18，三维成像单元62、三维成像单元63及三维成像单元64环绕一根沿垂直于图18平面的方向布置的轴线65均匀布置，即三者的光轴的延长线相交于轴线65且相邻两根光轴之间的夹角为120度。

作为对三维成像单元的结构及工作原理进行说明，如下，仅对与上述成像装置、三维成像系统及三维成像方法第一实施例中的成像装置的不同之处进行说明，每个三维成像单元的横向视角均为120度以上，三个三维成像单元在同时刻获取的三幅图像可以拼接成一幅360度全景的图像。

为了对监控系统中的处理及投影装置进行说明，如下，仅对与上述成像装置、三维成像系统及三维成像方法第四实施例中的处理器及投影装置的不同之处进行说明。在工作过程中，处理器对三维成像单元的图像传感器获得的图像处理得到三维图像后，处理器接着将三幅三维图像拼接成一幅360度全景的三维图像。

监控用成像装置及监控系统第二实施例

作为对本发明监控用成像装置及监控系统第二实施例的说明，以下仅对与上述监控用成像装置及监控系统第一实施例的不同之处进行说明。

其仅采用单个三维成像单元进行成像，且对三维成像单元的横向视角大小无特定要求。

监控用成像装置中的三维成像单元的数量及横向视角的范围并不局限于上述两个实施例，还可以有多种显而易见的变化。对于具有三个以上的三维成像单元，可进行拍摄360度全景图像的成像装置，相邻两个三维成像单元光轴之间的夹角角度随二者之间的横向视角变化二变化，只需满足能够拍摄到360度全景图像即可。此外，还可采用三片单色图像传感器替代上述实施例中的一片彩色图像传感器，且在第一镜头及第二镜头与三片单色图像传感器之间设置一分光棱镜组。

移动终端设备第一实施例

参见图19，在移动终端设备7的基体71里设有处理器及在基体71前端上设有三维投影单元72。

参见图20，三维投影单元72由壳体及设于壳体内的投影光源721、液晶片722、投影调焦机构723、第一投影镜头724及第二投影镜头725组成。

投影调焦机构723具有投影调焦致动器，投影调焦致动器的动子通过传递构件同时与第一投影镜头724及第二投影镜头725的调焦镜组固定连接，从而可同时驱动第一投影镜头724及第二投影镜头725进行同步调焦。

三维投影单元的工作原理与上述成像装置、三维成像系统及三维成像方法第四实施例中的投影装置相同，在此不再赘述。

投影光源721为背光源，可以采用LED光，也可以采用激光。

投影调焦致动器可以为压电致动器或音圈电机等致动器。

移动终端设备第二实施例

参见图21，在移动终端设备8的基体81的里设有处理器及在基体81背面上设有三维成像单元82。

参见图22及图24，三维成像单元82由壳体及设于壳体内的单片彩色图像传感器821、成像调焦机构822、第一镜头823及第二镜头824组成。

成像调焦机构822具有成像调焦致动器，成像调焦致动器的动子通过传递构件同时与第一镜头823及第二镜头824的调焦镜组固定连接，从而可同时驱动第一镜头823及第二镜头824进行同步调焦。

三维成像单元82的工作原理与上述成像装置、三维成像系统及三维成像方法第一实施例中的成像装置相同，在此不再赘述。

成像调焦致动器可为压电致动器或音圈电机等致动器。

移动终端设备第三实施例

作为对本发明移动终端设备第三实施例的说明，以下仅对与上述移动终端设备第一实施例的不同之处进行说明。

参见图24及图25，采用DMD芯片922替代液晶片，其投影光源由发光体9211、汇聚透镜9212、色轮9213及扩束透镜9214组成。发光体9211可为LED光源或激光光源。

发光体9211产生的光束经过汇聚透镜9212、色轮9213及扩束透镜9214之后投射于DMD芯片922上，处理器根据需要投影的三维图像的图像信息控制DMD芯片922对接收到的光束进行调制并投射出两束光束，该两束光束分别从第一投影镜头924及第二投影镜头925投射出，用于显现三维图像。

移动终端设备的结构并不局限于上述各实施例中，还有多种显而易见的变化，比如，移动终端设备同时具有三维成像单元与三维投影单元。

上述各实施例中的移动终端设备包括但并不局限于智能手机与平板电脑。

三维投影装置实施例

三维投影装置的结构及工作原理已在上述各个实施例中的投影装置及三维投影单元中进行描述，在此不再赘述。

本发明主要是对三维成像系统中的成像装置的结构作出改进，同时对处理器中的处理模块作出相应改进，其使用范围并不局限上述各实施例中的内窥镜、监控设备及移动终端设备。

Claims (8)

1.一种三维成像系统，包括成像装置及处理器；

所述成像装置包括第一镜头、第二镜头、图像传感器及成像调焦机构；

所述第一镜头与所述第二镜头并排布置；

所述第一镜头与所述第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；

其特征在于：

所述第一镜头具有聚焦镜组与调焦镜组，所述第二镜头具有与所述第一镜头相同的配置；

所述图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，所述第一感光区与所述第二感光区相互分离，所述第一图像经所述第一镜头投射至所述第一感光区，所述第二图像经所述第二镜头投射至所述第二感光区，所述第一图像与所述第二图像的位置关于所述靶面的中线对称布置；

所述成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，所述成像调焦致动器用于同时驱动所述第一镜头及所述第二镜头进行同步调焦；

所述成像调焦致动器为音圈电机或压电电机；

所述处理器用于将所述图像传感器获取的图像从中间分割成存在视差的两幅二维图像，两幅所述二维图像与所述第一图像及所述第二图像一一对应；

所述处理器还用于将两幅所述二维图像合成一幅三维图像；

还包括三维投影装置；

所述三维投影装置包括投影光源、光束调制器、第一投影镜头及第二投影镜头；

所述处理器根据所述三维图像记载的图像信息控制所述光束调制器对所述投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，从所述光束调制器投射出的两束光束对应地从所述第一投影镜头与所述第二投影镜头投射出；

所述光束调制器为DMD芯片或液晶片；

所述三维投影装置还包括投影调焦机构；

所述投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，所述投影调焦致动器用于同时驱动所述第一投影镜头及所述第二投影镜头进行同步调焦。

2.根据权利要求1所述的三维成像系统，其特征在于：

所述图像传感器为彩色图像传感器，且其数量为一片。

3.根据权利要求1所述的三维成像系统，其特征在于：

所述图像传感器为单色图像传感器，且其数量为三片；

所述成像装置还包括分光棱镜组，所述分光棱镜组设于所述第一镜头及所述第二镜头与所述单色图像传感器之间。

4.一种三维成像方法，包括以下步骤：

成像步骤，图像传感器的靶面的第一感光区接收第一图像，所述靶面的第二感光区同时接收第二图像，以生成第三图像，所述第一图像与所述第二图像的位置关于所述靶面的中线对称布置；所述第一感光区与所述第二感光区相互分离，所述第一图像及所述第二图像为同时刻对同一场景进行取像获得的图像，所述第一图像与所述第二图像存在视差，且在成像过程中，使用同一调焦致动器同时对第一感光区与第二感光区的成像进行同步调焦；

所述调焦致动器为音圈电机或压电电机；

分割步骤，将成像步骤获得的所述第三图像从中间分割成两幅二维图像，两幅所述二维图像与所述第一图像及所述第二图像一一对应；

合成步骤，将分割步骤获得的两幅所述二维图像合成一幅三维图像；

所述图像传感器为单色图像传感器，且其数量为三片；

在所述成像步骤中，所述第一图像及所述第二图像经分光棱镜组分光后分别对应地投射在所述单色图像传感器上；

还包括叠加步骤，将三片所述单色图像传感器获得的三幅图像叠加生成用于分割步骤进行分割的图像。

5.一种内窥镜，包括插入管及三维成像单元；

其特征在于：

内窥镜具有一连接部，连接部的前端与插入管的后端固定连接，后端与器械通道管固定连接，器械通道管的两侧布置有进水通道管与出水通道管，连接部的下端部固定连接有照明光纤接口及可拆卸地固定连接有一成像部；所述三维成像单元包括第一镜头、第二镜头、图像传感器、成像调焦机构及处理器；所述第一镜头与所述第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；

所述图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，所述第一感光区与所述第二感光区相互分离，所述第一图像经所述第一镜头投射至所述第一感光区，所述第二图像经所述第二镜头投射至所述第二感光区；

所述第一镜头包括第一取像镜头、第一聚焦镜组及设于所述第一取像镜头与所述第一聚焦镜组之间的第一传像体；

所述第二镜头包括第二取像镜头、第二聚焦镜组及设于所述第二取像镜头与所述第二聚焦镜组之间的第二传像体；

所述第一取像镜头与所述第二取像镜头并排地布置在所述插入管的前端口；

所述第一传像体与所述第二传像体穿过所述插入管并从所述插入管的后端口伸出；

插入管的前端口设有输水出口、抽水进口、器械出口和照明口；抽水进口由对称地分布于器械出口两侧的两部分组成，照明口围于第一取像镜头、第二取像镜头及输水出口的外围；

所述第一镜头与所述第二镜头的配置相同，所述第一图像与所述第二图像的位置关于所述靶面的中线对称布置；

所述成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，所述成像调焦致动器用于同时驱动所述第一镜头及所述第二镜头进行同步调焦；

所述处理器用于将所述图像传感器获取的图像从中间分割成存在视差的两幅二维图像，两幅所述二维图像与所述第一图像及所述第二图像一一对应；

所述处理器还用于将两幅所述二维图像合成一幅三维图像。

6.根据权利要求5所述的内窥镜，其特征在于：

所述第一传像体与所述第二传像体同为柱状透镜或光纤。

7.一种监控系统，包括成像装置及处理器；

所述成像装置包括三维成像单元；

其特征在于：

所述三维成像单元包括第一镜头、第二镜头、图像传感器及成像调焦机构；

所述第一镜头与所述第二镜头并排布置，所述第一镜头具有聚焦镜组与调焦镜组，所述第二镜头具有与所述第一镜头相同的配置；

所述第一镜头与所述第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；

所述图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，所述第一感光区与所述第二感光区相互分离，所述第一图像经所述第一镜头投射至所述第一感光区，所述第二图像经所述第二镜头投射至所述第二感光区，所述第一图像与所述第二图像的位置关于所述靶面的中线对称布置；

所述成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，所述成像调焦致动器用于同时驱动所述第一镜头及所述第二镜头进行同步调焦；

所述处理器用于将所述图像传感器获取的图像从中间分割成存在视差的两幅二维图像，两幅所述二维图像与所述第一图像及所述第二图像一一对应；

所述处理器还用于将两幅所述二维图像合成一幅三维图像；

上述监控系统还包括投影装置，该投影装置包括投影光源、液晶片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制液晶片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦；

三维成像单元的数量为n个，且n大于等于3；三维成像单元的横向视角大于等于m度，其中，m＝360/n；三维成像单元环绕一根轴线地均匀布置，处理器还用于将n个三维成像单元获得的三维图像拼接成一幅360度全景的三维图像。

8.一种移动终端设备，包括三维成像单元及处理器；

其特征在于：

所述三维成像单元包括第一镜头、第二镜头、图像传感器及成像调焦机构；

所述第一镜头与所述第二镜头并排布置，所述第一镜头具有聚焦镜组与调焦镜组，所述第二镜头具有与所述第一镜头相同的配置；

所述第一镜头与所述第二镜头用于在同时刻对同一场景进行取像，以获取存在视差的第一图像与第二图像；

所述图像传感器的靶面包括第一感光区与第二感光区，所述第一感光区与所述第二感光区相互分离，所述第一图像经所述第一镜头投射至所述第一感光区，所述第二图像经所述第二镜头投射至所述第二感光区，所述第一图像与所述第二图像的位置关于所述靶面的中线对称布置；

所述成像调焦机构包括一个成像调焦致动器，所述成像调焦致动器用于同时驱动所述第一镜头及所述第二镜头进行同步调焦；

所述处理器用于将所述图像传感器获取的图像从中间分割成存在视差的两幅二维图像，两幅所述二维图像与所述第一图像及所述第二图像一一对应；

所述处理器还用于将两幅所述二维图像合成一幅三维图像；

还包括三维投影单元；该三维投影单元包括投影光源、液晶片、第一投影镜头、第二投影镜头及投影调焦机构；处理器根据三维图像记载的图像信息控制液晶片对投影光源产生的光束进行调制并投射出两束光束，两束光束对应地从第一投影镜头与第二投影镜头投射出；投影调焦机构包括一个投影调焦致动器，该投影调焦致动器用于同时驱动第一投影镜头及第二投影镜头进行同步调焦。