CN106526838A - 全光数据采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全光数据采集装置及方法，所述装置包括壳体，以及在壳体内沿光线的入射方向依次设置的光学镜头组、全光镜片、光学传感器和可调支撑机构；全光镜片和光学传感器设置在可调支撑机构上，且全光镜片和所述光学传感器能够平行于、垂直于可调支撑机构移动，或者绕可调支撑机构旋转；光学传感器将全光镜片的成像转换成点数字信号。全光镜片能够一次采集全光数据，不需要多个采集装置以及基础数据的配合，从而降低误差、提高匹配度；该装置物理结构统一，对真实场景的全光信息进行采集，无需投入大量时间的处理，有效提高采集效率和还原度，降低采集成本；可移动和旋转式的全光镜片和光学传感器设计，有效提高了采集灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及成像设备技术领域，具体涉及全光数据采集装置及方法。
背景技术
随着虚拟现实技术的发展，对于虚拟或增强现实场景的数据的采集需求日益增强。目前的虚拟或增强现实场景的采集，通常使用多个二维影像采集装置从不同位置采集场景的二维影像，加上CAD图或矢量信息等基础数据，进行半自动建模，或者完全通过计算机虚拟的方式，在计算机中建立相应的场景，然后通过特定的虚拟角度，对所生成的数据进行处理，生成二维或者三维的影像，在数据阶段或者后期显示阶段，通过不同设备载体进行不同形式的显示，如虚拟或增强现实头盔的双目显示方式，可以达到一定程度的三维场景还原和交互的效果。
然而，这种技术中，基础数据的精度难以保证，尤其是场景较大时，容易增大系统的综合误差；同时在使用多个二维影像采集装置采集时，多个二维影像采集装置的相对位置的精度难以保证，从而使得采集的数据在中期处理时匹配度差；而且，无论是通过现实数据后期处理，或者是完全虚拟的方式构建场景，中期数据制作的工作量对人工依赖较大，整体数据生产效率较低，数据生产的综合成本高；设备采集和制作所保存的数据信息有限，对真实场景的信息还原度较低；另外，对于不同场景的信息需求粒度，需要重新布置采集装置，灵活性低。
发明内容
针对现有技术中存在的全光数据采集装置存在的误差大、匹配度差、成本高和还原度低的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种全光数据采集装置及方法，能够提高采集装置的工作效率。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种全光数据采集装置，该装置包括壳体，以及设置在壳体内的光学镜头组、全光镜片、光学传感器和可调支撑机构，其中：
沿光线的入射方向，在所述壳体内依次设置光学镜头组、全光镜片和光学传感器；
所述全光镜片和光学传感器设置在所述可调支撑机构上，且所述全光镜片和所述光学传感器能够平行于、垂直于所述可调支撑机构移动，或者绕所述可调支撑机构旋转；
所述光学传感器将全光镜片的成像转换成点数字信号。
可选地，所述全光镜片包括微镜阵列平面镜片、弧面镜片和自由曲面镜片中的任意一种；由多个微镜单元均匀排列构成的微镜阵列设置在所述全光镜片的镜面上。
可选地，所述微镜阵列包括包括多个横竖对齐排列，六边形排列或非对称排列的微镜单元。
可选地，所述微镜单元包括凸透镜、棱镜和凹透镜中的任意一种或多种。
可选地，当所述微镜单元的焦距小于可调支撑机构的最大调节距离。
可选地，该装置还包括后处理单元，所述后处理单元与所述光学传感器电连接，用于对光学传感器得到的数字信号，进行计算、转换和压缩后期处理。
可选地，所述可调支撑机构包括基础支撑件、以及沿光线入射方向依次设置的第一滑动支撑件和第二滑动支撑件，其中：
所述第一滑动支撑件和第二滑动支撑件均包括滑动套杆，以及第一连接部和第二连接部；所述第一滑动支撑件和第二滑动支撑件均通过第一连接部活动套设在边框上、以及第二连接部活动套设在相对的边框上；
全光镜片通过相应滑动套杆设置在第一滑动支撑件上，光学传感器通过相应滑动套杆设置在第二滑动支撑件上；
旋钮与第一连接部相连接，所述旋钮插入转动能够使滑动套杆旋转，所述旋钮拔出转动能够使滑动套杆内的全光镜片或光学传感器升降。
本发明实施例还提供一种全光数据采集方法，该方法包括以下步骤：将光学镜头组对准待采集全光数据的场景目标；调整可调支撑机构，以平行或垂直移动全光镜片和/或光学传感器，或者旋转全光镜片和/或光学传感器；全光镜片将从光学镜头组传入的光线进行二次折射，实现局部或重新聚焦；光学传感器将全光镜片的成像转换成点数字信号。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1.误差较小，全光镜片可以一次采集全光数据，通过全光数据可以自动生成部分或全部虚拟或增强现实场景，采集环节少，独立算法误差可控，相对传统构建方式误差较小。
2.无匹配误差，由于全光数据一次采集完成，因此多维度数据匹配度很高，几乎无匹配误差。
3.效率较高，物理结构统一，算法可实现性强，可以实现后期数据的自动处理，整体效率较高。
4.还原度很高，该装置对真实场景的全光信息进行采集，有效提高信息的还原度。
5.采集成本低，无需投入大量的时间和人力成本，数据生产的综合成本较低。
6.灵活性高，可移动和旋转式的全光镜片和光学传感器设计，可以根据需求灵活制定采集方案，满足对于不同应用场景对不同维度信息需求粒度的需求。
7.在采用同样镜头组、全光镜片和光学传感器的情况下，扩大了设备的应用场景和范围，从而降低了数据采集难度和采集成本，同时提高了采集效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种全光数据采集装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种可调支撑机构的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种可调支撑机构的局部放大示意图；
图4为本发明实施例提供的一种全光镜片及光学传感器左右移动后的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种全光镜片及光学传感器上下移动后的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种全光镜片隐藏后的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种全光镜片及光学传感器旋转后的结构示意图；
图1-7的符号表示为：1001-光学镜头组，2001-全光镜片，3001-基础支撑件，3002-第一滑动支撑件，3003-第二滑动支撑件，3004-滑动套杆，3005-第一连接部，3006-第二连接部，3007-旋钮，4001-光学传感器，4002-后处理单元，5001-壳体。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
在本发明实施例中，全光数据采集系统利用光学特性对光线进行编码，通过特定的编解码方式，可以有效的拓展某一项或多项特定光学属性的记录强度，进行保存和数据传输，后期通过特定的算法进行解码，可以获得该项或者该几项属性的有效还原。通过上述方式设计的全光数据采集系统，可以有效的采集全光信息，从而用于后期还原和分析计算。
参见图1，为本发明实施例提供的一种全光数据采集装置的结构示意图，如图1所示的全光数据采集装置，包括壳体5001，以及设置在壳体5001内的光学镜头组1001、全光镜片2001、光学传感器4001和可调支撑机构；其中，所述光学镜头组1001、全光镜片2001和光学传感器4001沿光线的入射方向依次设置在壳体5001内；所述全光镜片2001和光学传感器4001设置在可调支撑机构上，且所述全光镜片2001和所述光学传感器4001能够平行于、垂直于所述可调支撑机构移动，或者绕所述可调支撑机构旋转；所述光学传感器4001将全光镜片2001的成像转换成点数字信号。
在本发明实施例中，所述光学镜头组1001，是指由多个在空间中分布的成像光学部件组成的光学镜头组。具体地，例如所述光学镜头组1001可以为单反相机的镜头组，或者凸透镜组等，通过不同的焦距和光圈组合，可以对光学数据采集和范围进行调节；同时，在不同的应用场景，可以增加超光谱镀膜、防反光镀膜、防尘防水膜等涂层或者UV镜、偏光镜等滤镜，以增强对一类或者是几类数据。待采集全光数据场景中的光线经过所述光学镜头组1001投射到全光镜片2001上。
所述全光镜片2001可以为矩形或圆形的光学镜片，当然在具体实施时，所述全光镜片2001还可以根据具体采集场景的需要，选择使用其他任意形状的全光镜片，例如椭圆形或正方形等。而且，所述全光镜片包括平面镜片、弧面镜片和自由曲面镜片中的任意一种；由多个微镜单元以一定规律排列构成的微镜阵列设置在所述全光镜片的镜面上。这样，在具体实施时，全光镜片2001的微镜单元可以排列在平面、弧面或者自由曲面上，所述微透单元的尺寸可以全部相同或者也不必须是全部相同，只需要局部具有特定规律即可。当采取不同尺寸的透镜时可达到不同的效果，如进一步增大景深，或者对特定的光线进行滤光等。
所述微镜阵列包括以横竖对齐排列，六边形排列或非对称排列的多个微镜单元，或者以圆周方式排列的多个微镜单元。所述行列方式排列可以为，将微镜单元沿全光镜片的平面横竖直线形排列，相邻的微镜单元相互接触或者保持相等间距；所述圆周方式排列可以为，将微镜单元围绕全光镜片的中心沿不同半径的圆周排列，相邻的微镜单元相互接触或者保持相等间距。当然，需要说明的是，在具体实施时，所述微镜单元还可以使用其他排列方式以采集场景中的全光数据，例如六边形排列方式等，本发明实施例不做限定。而且，在具体实施时，所述微镜阵列可以包括一个或多个区域，每个区域包括以行列方式排列的多个微镜单元，或者以圆周方式排列的多个微镜单元，或者以非对称方式排列的多个微镜单元。
所述微镜单元包括凸透镜、棱镜和凹透镜中的任意一种或多种，且相同类型的所述微镜单元可以具有相同或者不同的光学参数，具有相同光学参数的微镜单元以一定规律排列。在具体实施时，可以根据不同的微镜单元的类型，选择相应的光学参数，并使用与所述微镜单元的类型相匹配的光学编码算法和后期解码算法，达到采集和还原全光数据的效果。在一个具体实施情况下，所述微镜单元可以为微型透镜，所述微型透镜的直径可以不同，尺寸一般较小，例如可以选用直径为1-1000μm的透镜，相同直径的微镜单元应以一定规律排列；所述微型透镜的焦距小于可调支撑机构的最大调节距离，从而保证通过调节全光镜片2001和光学传感器4001的距离使得全光镜片2001的成像能够聚焦在光学传感器4001上。上述具有微型微镜阵列结构的全光镜片2001，加装在光学镜头组1001和光学传感器4001之间，可以将全景镜头中采集的影像，分成多个独立的部分，单独进行二次聚焦，形成局部和重新聚焦的效果，实现对目标空间的全光信息的采集。
在全光数据采集过程中，当全光镜片2001处于光学镜头组1001的焦平面时，可以取得最大的角度分辨率信息。同时，为了保证光学传感器4001的利用效率，使整个全光数据采集系统的有效信息最大，在本发明实施例中，当全光镜片处于光学镜头组的焦平面、且所述微镜单元为凸透镜时，所述光学镜头的光圈数F和像距f、以及微镜单元的直径d和焦距b存在如下关系：
F/f＝d/b
另外，为了获得较大的空间分辨率，当全光镜片2001不处于光学镜头组1001的焦平面时，如果全光镜片2001距离光学传感器4001的距离为a，全光镜片2001的微镜单元焦距为b，则可以得到倍率为M＝a/b。这样，相对于全光镜片2001处于光学镜头组1001焦平面情况，本发明实施例的空间分辨率大M倍。
参见图2，为本发明实施例提供的一种可调支撑机构的结构示意图，如图2所示的可调支撑机构，包括基础支撑件3001、第一滑动支撑件3002和第二滑动支撑件3003。所述基础支撑件3001设置在壳体5001内，用于支撑第一滑动支撑件3001和第二滑动支撑件3002；在本发明实施例中，所述基础支撑件3001可以为边框型支撑结构，所述基础支撑件沿光线方向的长度可以理解为所述可调支撑机构的最大调节距离。
所述第一滑动支撑件3002用于支撑全光镜片2001，实现全光镜片2001的水平及垂直移动和旋转。所述第二滑动支撑件3003用于支撑光学采集及处理系统中的光学传感器4001，实现光学传感器4001的水平及垂直移动和旋转。所述第一滑动支撑件3002和第二滑动支撑件3003无绝对关联关系，可以实现附属部件的独立移动和旋转。
同时，参见图3，为本发明实施例提供的一种可调支撑机构的局部放大示意图，如图3所示，在具体实施时，所述第一滑动支撑件3002和第二滑动支撑件3003均包括滑动套杆3004，以及与所述滑动套杆3004的两端分别铰接的第一连接部3005和第二连接部3006；所述第一滑动支撑件3002和第二滑动支撑件3003均通过第一连接部3005活动套设在设置有条形通孔的边框上。在本发明实施例中，所述第一连接部3005和第二连接部3006均为凹槽形连接部。。
全光镜片通过相应的滑动套杆3004设置在第一滑动支撑件3002上，光学传感器4001通过相应滑动套杆3004设置在第二滑动支撑件3003上。
旋钮3007与第一连接部3005相连接，所述旋钮3007插入转动能够使滑动套杆3004旋转，继而带动相应的全光镜片2001或光学传感器4001转动，所述旋钮3007拔出转动能够使滑动套杆3004内的全光镜片2001或光学传感器4001升降。
在本发明实施例中，所述光学传感器4001，是光学采集及处理系统的组成部分，其中所述光学传感器4001可以是CCD、CMOS或其他的光学传感器，能够将微镜单元所成的影像，转化成点数字信号；所述光学采集及处理系统还包括后处理单元4002，所述后处理单元4002与所述光学传感器4001电连接，对影像进行计算、转换、压缩等后期处理。
所述壳体5001为本发明实施中的全光数据采集装置的光学镜头组1001、全光镜片2001、光学传感器4001和可调支撑机构提供安装和固定支撑；具体地，所述壳体5001内部还可以设置内部支撑结构和卡扣等，而且该壳体5001的结构材料根据使用场景的不同可以更换成不同的材质。
在具体使用过程中，所述全光数据采集装置中的全光镜片2001和光学传感器4001能够独立地左右或上下移动，以及绕可调支撑机构转动，从而使得全光镜片可以覆盖光学采集及处理系统中的光学传感器的部分和全部区域，达到特殊数据采集的用途。
参见图4，为本发明实施例提供的一种全光镜片及光学传感器左右移动后的结构示意图。如图4所示，通过左右滑动第一滑动支撑件3002和第二滑动支撑件3003，可以调节所述全光镜片2001与光学传感器4001的距离，进而调节全光镜片2001在光学传感器4001的成像效果，满足不同全光数据采集需求。
参见图5，为本发明实施例提供的一种全光镜片及光学传感器上下移动后的结构示意图，通过拔出旋钮3007进行旋转，上下移动全光镜片2001或光学传感器4001，能够减少采集数据量，同时后端所需处理的数据量也会变少，提升系统整体的处理效率。
参见图6，为本发明实施例提供的一种全光镜片隐藏后的结构示意图，通过将全光镜片2001移动到壳体5001的顶端，则能够完全隐藏全光镜片2001，在这种情况下无法采集全光数据，但可以用于场景观察，进而可以控制全光数据采集的开启或关闭。
参见图7，为本发明实施例提供的一种全光镜片及光学传感器旋转后的结构示意图，通过插入旋钮3007进行旋转，从而分别调整全光镜片2001和光学传感器4001旋转，进而调整全光镜片2001在光学传感器4001上的成像角度，满足不同的应用场景的特定维度数据的采集。
通过可调支撑机构的调节，可以达到以下几种效果：
通过调节全光镜片2001和光学传感器4001的位置，可以使得在实际使用过程中，可根据情况在角度分辨率和空间分辨率之间进行平衡，而无需更换相机或者任何模块，有效得增加了应用场景和范围；
通过调节全光镜片2001和光学传感器4001的位置，可使得在实际使用过程中，能够根据应用场景的不同，选取不同的镜头及光圈，而无需更换相机或者任何部件，有效得增加了应用场景和范围；
通过调节全光镜片2001和光学传感器4001的角度，可以在上述基础上，对不同物距的斜面进行成像，满足特定角度的数据采集的需求。
当全光镜片2001部分或全部隐藏时，可以有效利用光学传感器4001进行大空间分辨率成像，实现对特定应用场景下，局部空间加局部角度分辨率有不同需求的数据采集，或对于不同流程中特定环节信息的记录，从而利于后期整体流程的处理。
这样，通过调节全光镜片和光学传感器的位置，可以使得同一全光镜片能够获得不同类型的全光数据，或者同一类型的全光数据可以使用不同的全光镜片。
而且，需要说明的是，本发明实施例提供的可调支撑机构仅是本结构中实现全光镜片2001和光学传感器4001水平、垂直移动及前后选装的一种结构，可以有多种机械结构实现，但其实现方式在本发明实施例中不做限定。
由上述实施例的描述可见，发明实施例提供的一种全光数据采集装置，该装置包括壳体，以及设置在壳体内的光学镜头组、全光镜片、光学传感器和可调支撑机构；其中，沿光线的入射方向，在所述壳体内依次设置光学镜头组、全光镜片和光学传感器；所述全光镜片和光学传感器设置在所述可调支撑机构上，且所述全光镜片和所述光学传感器能够平行于、垂直于所述可调支撑机构移动，或者绕所述可调支撑机构旋转；所述光学传感器将全光镜片的成像转换成点数字信号。全光镜片能够一次采集全光数据，不需要多个采集装置以及基础数据的配合，从而降低误差、提高匹配度；而且，该装置物理结构统一，能够对真实场景的全光信息进行采集，无需投入大量的时间和人力成本，有效提高了采集效率和还原度，降低采集成本；另外，可移动和旋转式的全光镜片和光学传感器设计，可以根据需求灵活制定采集方案，满足对于不同应用场景对不同维度信息需求粒度不同的问题，很好的平衡了场景切换问题。
与本发明实施提供的全光数据采集装置相对应，本发明实施例还提供一种全光数据采集方法，该方法包括以下步骤：
将所述光学镜头组1001对准待采集全光数据的场景目标；调整可调支撑机构，以平行或垂直移动全光镜片2001和/或光学传感器4001，或者旋转全光镜片2001和/或光学传感器4001，从而调整全光镜片2001与光学传感器4001的位置和角度，针对不同的应用场景，加强特定维度数据的采集，满足包括但不限于色彩、强度、清晰度、深度等光学信息的深入处理和分析；全光镜片2001将从光学镜头组1001传入的光线进行二次折射，实现局部或重新聚焦；光学传感器4001将全光镜片2001的成像转换成点数字信号，以供后处理单元4002对影像进行计算、转换、压缩等后期处理。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种全光数据采集装置，其特征在于，包括壳体，以及设置在壳体内的光学镜头组、全光镜片、光学传感器和可调支撑机构，其中：
沿光线的入射方向，在所述壳体内依次设置光学镜头组、全光镜片和光学传感器；
所述全光镜片和光学传感器设置在所述可调支撑机构上，且所述全光镜片和所述光学传感器能够平行于、垂直于所述可调支撑机构移动，或者绕所述可调支撑机构旋转；
所述光学传感器将全光镜片的成像转换成点数字信号。
2.根据权利要求1所述的全光数据采集装置，其特征在于，所述全光镜片包括平面镜片、弧面镜片和自由曲面镜片中的任意一种；由多个微镜单元均匀排列构成的微镜阵列设置在所述全光镜片的镜面上。
3.根据权利要求2所述的全光数据采集装置，其特征在于，所述微镜阵列包括多个横竖对齐排列，六边形排列或非对称排列的微镜单元。
4.根据权利要求2所述的全光数据采集装置，其特征在于，所述微镜单元包括凸透镜、棱镜和凹透镜中的任意一种或多种。
5.根据权利要求4所述的全光数据采集装置，其特征在于，所述微镜单元的焦距小于可调支撑机构的最大调节距离。
6.根据权利要求1所述的全光数据采集装置，其特征在于，该装置还包括后处理单元，所述后处理单元与所述光学传感器电连接，用于对光学传感器得到的数字信号，进行计算、转换和压缩后期处理。
7.根据权利要求1所述的全光数据采集装置，其特征在于，所述可调支撑机构包括基础支撑件、以及沿光线入射方向依次设置的第一滑动支撑件和第二滑动支撑件，其中：
所述第一滑动支撑件和第二滑动支撑件均包括滑动套杆，以及第一连接部和第二连接部；所述第一滑动支撑件和第二滑动支撑件均通过第一连接部活动套设在边框上、以及第二连接部活动套设在相对的边框上；
全光镜片通过相应滑动套杆设置在第一滑动支撑件上，光学传感器通过相应滑动套杆设置在第二滑动支撑件上；
旋钮与第一连接部相连接，所述旋钮插入转动能够使滑动套杆旋转，所述旋钮拔出转动能够使滑动套杆内的全光镜片或光学传感器升降。
8.一种利用如权利要求1-7任一项所述的全光数据采集装置获取全光数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：将光学镜头组对准待采集全光数据的场景目标；调整可调支撑机构，以平行或垂直移动全光镜片和/或光学传感器，或者旋转全光镜片和/或光学传感器；全光镜片将从光学镜头组传入的光线进行二次折射，实现局部或重新聚焦；光学传感器将全光镜片的成像转换成点数字信号。
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