CN107404643A - 一种三维摄像系统及其摄像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维摄像系统及其摄像方法，包括：激光投影模块，向目标被测物上投影格点；成像模块包括：单摄像头单元，获取目标被测物的全景照片及格点分布照片；数据处理单元，生成三维立体照片；存储模块，存储三维立体照片；电源管理模块为激光投影模块及成像模块供电；其中，激光投影模块与单摄像头单元按照三维摄像系统光学轴线重合方式放置，激光投影模块及单摄像头单元与目标被测物成垂直分布，且在光学轴线方向，单摄像头单元位于激光投影模块及目标被测物之间，目标被测物与单摄像头单元之间距离大于单摄像头单元的焦距。通过本发明提供的一种三维摄像系统及其摄像方法，解决了现有三维摄像技术复杂，成本高昂的问题。

Description

一种三维摄像系统及其摄像方法
技术领域
本发明涉及摄像领域，特别是涉及一种三维摄像系统及其摄像方法。
背景技术
人看物体之所以是三维的，是因为人有两个眼睛，并且两眼有一定的间距，物体在两眼视网膜上产生两幅有细微差别的图像，经人脑处理后合成为一幅三维图像；三维摄像即利用人的双眼立体视觉原理，即摄像机具有两个间距约为人眼间距的镜头，在拍摄时分别记录下由于间距产生的两幅有细微差别的图像，模拟人眼，经过计算机合成后成为三维图像。
近年来，随着三维立体技术的兴起，诸如3D电影，虚拟现实增强现实之类的技术也逐渐步入大众的日常生活中，随之而来的扩展应用也越来越多。
然而现有技术中，无论是使用双摄像头还是在单摄像头中设置偏振片或滤色片形成三维摄像系统，都是利用人双眼立体视觉原理，通过此原理设计的三维摄像系统技术复杂且成本高昂，距离大众的生活还比较遥远。由于三维成像终端的限制，普通百姓使用三维摄像的机会还很少，这项技术的推广目前还没有取得很大的成效，这同样也造成了三维成像技术应用的限制，导致目前多数三维成像还只能应用于游戏和影视领域。
鉴于此，有必要设计一种新的三维摄像系统及其摄像方法来解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维摄像系统及其摄像方法，解决了现有技术中三维摄像技术复杂，成本高昂的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维摄像系统及其摄像方法，所述三维摄像系统包括：
激光投影模块，用于向目标被测物上投影格点作为成像的参考标尺；
成像模块，所述成像模块包括单摄像头单元及数据处理单元，其中，
所述单摄像头单元用于获取目标被测物的全景照片及格点分布照片；
所述数据处理单元，与所述单摄像头单元连接，用于生成三维立体照片；
存储模块，所述存储模块与所述成像模块连接，用于存储成像模块生成的三维立体照片；
电源管理模块，分别与所述激光投影模块及成像模块连接，用于为激光投影模块及成像模块供电；
其中，所述激光投影模块与单摄像头单元按照三维摄像系统光学轴线重合的方式放置，所述激光投影模块及单摄像头单元与目标被测物成垂直分布，并且在所述三维摄像系统光学轴线方向，所述单摄像头单元位于所述激光投影模块及目标被测物之间，所述目标被测物与所述单摄像头单元之间距离大于单摄像头单元的焦距。
优选地，所述三维摄像系统还包括一数据线连接器，所述数据线连接器与所述成像模块连接，用于和外部进行数据交换。
优选地，所述三维立体照片带有目标被测物尺寸信息、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、或目标被测物到所述激光投影单元的距离信息中的一个或多个。
优选地，所述电源管理模块通过电源接口与外部的电源适配器连接，用于向激光投影模块和成像模块供电。
优选地，所述成像模块设有存储器接口，所述成像模块通过所述存储器接口与所述存储模块连接。
优选地，所述存储模块为flash。
本发明还提供一种三维摄像系统的摄像方法，所述摄像方法包括：
S1：开启激光投影模块，在目标被测物上以固定角度投影格点；
S2：开启单摄像头单元，拍摄目标被测物无激光投影的全景照片，之后再获取目标被测物上有激光投影格点分布的格点分布照片；
S3：数据处理单元根据格点分布照片获得格点的位置信息，并计算出每个格点对应的三维坐标，生成目标被测物的三维模型，再将三维模型与全景照片组合，生成三维立体照片，并通过存储模块进行存储。
优选地，所述S3中计算格点对应的三维坐标的方法为：
S31：激光投影模块以固定角度向目标被测物投影格点；
S32：单摄像头单元获取该格点的图像；
S33：数据处理单元根据正切函数公式得出该格点与三维摄像系统之间的水平距离和垂直距离，进而获得该格点的相对三维坐标。
优选地，所述三维立体照片带有目标被测物尺寸信息、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、或目标被测物到所述激光投影单元的距离信息中的一个或多个。
如上所述，本发明的一种三维摄像系统及其摄像方法，具有以下有益效果：
1、本发明通过激光投影模块和成像模块组成一个简单、低成本的三维摄像系统，并能够快速实现三维摄像功能；
2、本发明通过激光投影模块及成像模块能够精确计算出目标被测物的尺寸大小、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、及目标被测物到所述激光投影单元的距离信息，并在三维立体照片上进行标注。
附图说明
图1显示为本发明所述三维摄像系统的结构图。
图2显示为本发明所述三维摄像系统的摄像方法的流程图。
图3显示为本发明所述摄像方法测量目标被测物格点相应的三维坐标的原理图。
元件标号说明
S1～S3 步骤1～步骤3
S31～S33 步骤31～步骤33
1 成像模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种三维摄像系统及其摄像方法，所述三维摄像系统包括：
激光投影模块，用于向目标被测物上投影格点作为成像的参考标尺；
成像模块，所述成像模块包括单摄像头单元及数据处理单元，其中，
所述单摄像头单元用于获取目标被测物的全景照片及格点分布照片；
所述数据处理单元，与所述单摄像头单元连接，用于生成三维立体照片；
存储模块，所述存储模块与所述成像模块连接，用于存储成像模块生成的三维立体照片；
电源管理模块，分别与所述激光投影模块及成像模块连接，用于为激光投影模块及成像模块供电；
其中，所述激光投影模块与单摄像头单元按照三维摄像系统光学轴线重合的方式放置，所述激光投影模块及单摄像头单元与目标被测物成垂直分布，并且在所述三维摄像系统光学轴线方向，所述单摄像头单元位于所述激光投影模块及目标被测物之间，所述目标被测物与所述单摄像头单元之间距离大于单摄像头单元的焦距。
需要说明的是，本申请通过对所述激光投影模块、单摄像头单元及目标被测物进行上述位置及角度的限制，使三者在平面上形成相应数学图形，便于利用数学公式对其进行计算，进而得出三维坐标。
进一步需要说明的是，所述三维摄像系统通过激光投影模块和成像模块，利用相应的数学公式即可计算出目标被测物的多个格点的相对三维坐标，并通过多个三维坐标模拟出目标被测物的三维模型，此方法不仅技术简单，而且成本低廉。
具体的，所述电源管理模块通过电源接口与外部的电源适配器连接，用于向激光投影模块和成像模块供电。
具体的，所述成像模块设有存储器接口，所述成像模块通过所述存储器接口与所述存储模块连接。优选地，在本实施例中，所述存储模块为flash。
具体的，所述三维摄像系统还包括一数据线连接器，所述数据线连接器与所述成像模块连接，用于和外部进行数据交换。
需要说明的是，本申请可通过所述数据线连接器对所述数据处理单元内的算法进行更新，还可通过所述数据线连接器实现将存储在所述存储模块内的三维立体照片导出到所述三维摄像系统外。
具体的，所述三维立体照片带有目标被测物尺寸信息、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、或目标被测物到所述激光投影单元的距离信息中的一个或多个。
需要说明的是，通过在所述三维立体照片上显示上述信息，使用者可通过直观、具体的数据进行观察、并可以根据具体的摄像要求作出相应的摄像调整。
下面请参照图2～图3对本发明所述摄像系统的摄像方法进行说明。
如图2所示，所述摄像方法包括：
S1：开启激光投影模块，在目标被测物上以固定角度投影格点；
S2：开启单摄像头单元，拍摄目标被测物无激光投影的全景照片，之后再获取目标被测物上有激光投影格点分布的格点分布照片；
S3：数据处理单元根据格点分布照片获得格点的位置信息，并计算出每个格点对应的三维坐标，生成目标被测物的三维模型，再将三维模型与全景照片组合，生成三维立体照片，并通过存储模块进行存储。
具体的，所述S3中计算格点对应的三维坐标的方法为：
S31：激光投影模块以固定角度向目标被测物投影格点；
S32：单摄像头单元获取该格点的图像；
S33：数据处理单元根据正切函数公式得出该格点与三维摄像系统之间的水平距离和垂直距离，进而获得该格点的相对三维坐标。
具体的，所述三维立体照片带有目标被测物尺寸信息、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、或目标被测物到所述激光投影单元的距离信息中的一个或多个。
请参阅图3对所述S3中计算格点对应的三维坐标的方法进行说明。
如图3所示，AD为三维摄像系统光学轴线方向，在A点放置激光投影模块，在B点放置单摄像头单元，BC为单摄像头单元的焦距，E为目标被测物的某一点。
假设AB之间的距离为a，BC之间的距离为b，目标被测物到三维摄像系统的距离分为水平距离x和垂直距离y，激光投影模块投射到目标被测物上的激光与三维摄像系统光学轴线形成的角度为α，单摄像头单元拍摄目标被测物时与三维摄像系统光学轴线形成的角度为β；当激光投影模块、单摄像头单元及目标被测物三者固定后，α和β即为固定角度。
当处于A点的激光投影模块以固定角度α投射一道激光到目标被测物的E点，在其前方B点的单摄像头单元以固定角度β获取到E点的图像；此时，α和β满足下式一和式二：
由于在所述三维摄像系统架设好之后，a、b、α和β就已经固定了，a、b、α和β均为已知值，所以根据上述式一和式二，经过数学计算即可得到x和y的值，具体如下式三和式四：
通过上述计算即可得出目标被测物E点与三维摄像系统之间的水平距离x和垂直距离y，由此可以获得一个E点的相对三维坐标。
同样的，激光投影模块通过在目标被测物上投影一定数量和密度的格点，并通过上述计算方法获得对应格点的相对三维坐标，由此生成目标被测物的三维模型；并通过对相关格点三维坐标进行相应的数学计算，获得目标被测物的尺寸信息、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、及目标被测物到所述激光投影单元的距离信息。
需要说明的是，可以将目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、或目标被测物到所述激光投影单元的距离信息中的一个定义为目标被测物到拍摄点的距离信息，并将此距离信息在所述三维立体照片上显示；或直接将上述两个距离信息均在三维立体照片上显示。
需要说明的是，所述激光投影模块在所述目标被测物上投影格点的密度越大，其生成目标被测物三维模型的精确度就越高。
综上所述，本发明的一种三维摄像系统及其摄像方法，具有以下有益效果：
1、本发明通过激光投影模块和成像模块组成一个简单、低成本的三维摄像系统，并能够快速实现三维摄像功能；
2、本发明通过激光投影模块及成像模块能够精确计算出目标被测物的尺寸大小、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、及目标被测物到所述激光投影单元的距离信息，并在三维立体照片上进行标注。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种三维摄像系统，其特征在于，所述三维摄像系统包括：
激光投影模块，用于向目标被测物上投影格点作为成像的参考标尺；
成像模块，所述成像模块包括单摄像头单元及数据处理单元，其中，
所述单摄像头单元用于获取目标被测物的全景照片及格点分布照片；
所述数据处理单元，与所述单摄像头单元连接，用于生成三维立体照片；
存储模块，所述存储模块与所述成像模块连接，用于存储成像模块生成的三维立体照片；
电源管理模块，分别与所述激光投影模块及成像模块连接，用于为激光投影模块及成像模块供电；
其中，所述激光投影模块与单摄像头单元按照三维摄像系统光学轴线重合的方式放置，所述激光投影模块及单摄像头单元与目标被测物成垂直分布，并且在所述三维摄像系统光学轴线方向，所述单摄像头单元位于所述激光投影模块及目标被测物之间，所述目标被测物与所述单摄像头单元之间距离大于单摄像头单元的焦距。
2.根据权利要求1所述的三维摄像系统，其特征在于，所述三维摄像系统还包括一数据线连接器，所述数据线连接器与所述成像模块连接，用于和外部进行数据交换。
3.根据权利要求1所述的三维摄像系统，其特征在于，所述三维立体照片带有目标被测物尺寸信息、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、或目标被测物到所述激光投影单元的距离信息中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的三维摄像系统，其特征在于，所述电源管理模块通过电源接口与外部的电源适配器连接，用于向激光投影模块和成像模块供电。
5.根据权利要求1所述的三维摄像系统，其特征在于，所述成像模块设有存储器接口，所述成像模块通过所述存储器接口与所述存储模块连接。
6.根据权利要求1所述的三维摄像系统，其特征在于，所述存储模块为flash。
7.一种如权利要求1所述三维摄像系统的摄像方法，其特征在于，所述摄像方法包括：
S1：开启激光投影模块，在目标被测物上以固定角度投影格点；
S2：开启单摄像头单元，拍摄目标被测物无激光投影的全景照片，之后再获取目标被测物上有激光投影格点分布的格点分布照片；
S3：数据处理单元根据格点分布照片获得格点的位置信息，并计算出每个格点对应的三维坐标，生成目标被测物的三维模型，再将三维模型与全景照片组合，生成三维立体照片，并通过存储模块进行存储。
8.根据权利要求7所述的摄像方法，其特征在于，所述S3中计算格点对应的三维坐标的方法为：
S31：激光投影模块以固定角度向目标被测物投影格点；
S32：单摄像头单元获取该格点的图像；
S33：数据处理单元根据正切函数公式得出该格点与三维摄像系统之间的水平距离和垂直距离，进而获得该格点的相对三维坐标。
9.根据权利要求7所述的摄像方法，其特征在于，所述三维立体照片带有目标被测物尺寸信息、目标被测物到所述单摄像头单元的距离信息、或目标被测物到所述激光投影单元的距离信息中的一个或多个。
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