CN109709759A - 仅采用一个图像感知元件即可构成立体视觉的方法 - Google Patents

Abstract

一种单镜头获取立体图像的方法，其特征在于，其包括光源切换环，该光源切换环的中心部镂空；该光源切换环定位于图像感知记录元件和被拍摄的物体之间；该光源切换环、图像感知记录元件和被拍摄的物体沿中心轴线对准；该光源切换环上分布着多个光源，各光源中，在其中一个或一部分发光时其他光源熄灭，照射被拍摄的物体产生的图像依次被图像感知记录元件拾取，从而形成立体图像记录文件。根据本发明，采用从不同角度切换性地对被观测物体进行观看，对同样的被观测对象依次获得动态阴影，从而形成了立体感，方法简单但图像永不失真，也免去了各种各样的数字仿真算法和实施设备，使得立体视觉的实现成本大幅降低。

Description

仅采用一个图像感知元件即可构成立体视觉的方法

技术领域

本发明涉及一种仅采用一个图像感知元件即可构成立体视觉的方法，其可以用于单镜头立体拍摄、单镜头立体放映、独目视觉机器人、微型视觉传感器、单眼立体视觉辅助眼镜等。

背景技术

日常生活中，人的每只眼睛看到的都是一幅二维图像，双眼看到的二维图形在视网膜上合成为立体图像。根据这个医学常识，按照仿生学的原理，立体电影技术、虚拟现实技术等得到了发展，其共同特点是双镜头拍摄，双镜头放映，戴光栅眼睛观看。特别是，虚拟现实技术需要双镜头空间拍摄，需要“缝合”算法，不仅占用存储空间大、对计算机配置要求高、计算量大、实时性差、图像局部失真难以避免、而且制作和使用成本居高不下。

现有技术中，人类却一直按照这样的思维惯性在继续发展计算机视觉、机器视觉等。双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是机器视觉的通常形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。然而，采用双目立体视觉，明显的缺点是成本高，设备复杂。

为此，关于单目立体视觉的研究已经进行了10余年的时间，但是，公开信息表明，以往关于单目立体视觉的研究都是基于复杂的数学算法，而且都没有实现工程应用。

2007年1月，《机器人》杂志第29卷第1期第41页，公开了《基于双焦成像的单眼立体视觉算法》一文，其通过中心点校正的思想恢复空间物点的深度。

2011年2月，《计算机应用》杂志第31卷第2期第341页，公开了《新的单目立体视觉的视差图的获得方法》一文，其通过误匹配点的视差估计获得场景的视差图。

CN201345029Y公开了一种单镜头立体相机，其包括连接在一起的前镜筒与后镜筒、快门叶片、电机、遮光罩、第一反射镜、入光口、第二反射镜、图像传感器等。结构仍然复杂、庞大、难以微型化。

CN201310344130.2公开了一种单镜头立体分光镜成像装置，其立体分光镜由两个三棱镜组成，结构仍然复杂，仍然不易微型化，仍然不便于携带。

相反，关于单目立体视觉产品，例如某些老年人、一只眼睛术后康复中、或独目患者急需的单眼立体视觉辅助眼镜，国内外市场的需要是：结构简单、操作方便、准确可靠、目标用户群体精准。遗憾的是，市场上从来没有这样的产品，也没有人考虑过如何才能实现这样的目标。

客观地说，本领域的技术人员难以摆脱传统思维的惯性，难以跳出根深蒂固的思考范围。所以，克服传统技术的偏见，抛弃传统的研发路线，另辟蹊径，利用自然规律发明出一套更便于实现、更便于使用、成本更低、图像更逼真、实时性更强的人工立体视觉技术方案，是非显而易见的，但其技术效果突出，社会效益、经济效益巨大却是非常容易理解的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种仅采用一个图像感知元件即可构成立体视觉的方法，其便于设备小型化、便于安装、便于携带、便于使用。

本发明的另外一个目的是提供一种仅采用一个图像感知元件即可构成立体视觉的方法，其可以实现单镜头获取立体图像、在机器人视觉、视觉传感器、计算机视觉等领域实现产品微型化、并且降低成本。

本发明的另外一个目的是提供一种仅采用一个图像感知元件即可构成立体视觉的方法，其可以实现单镜头放映出立体图像，在裸眼观看立体电影(3D)、裸眼观看虚拟现实(VR)等领域抛弃传统的辅助眼镜，实现设备的微型化、并且降低实施成本。

本发明的再一个目的是提供一种单眼立体视觉辅助眼镜，其图像感知元件就是人的视网膜，使得只能用一只眼睛生活的人同样可以看到立体的生活场景中的物体。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种单镜头获取立体图像的方法，其特征在于，其包括光源切换环，该光源切换环的中心部镂空；该光源切换环定位于图像感知记录元件和被拍摄的物体之间；该光源切换环、图像感知记录元件和被拍摄的物体沿中心轴线对准；该光源切换环上分布着多个光源，各光源中，在一个发光时其他光源熄灭，照射被拍摄的物体产生的图像依次被图像感知记录元件拾取，从而形成立体图像记录文件。

优选地，所述光源切换环呈矩形或其他适当的形状，所述多个光源是上侧光源、下侧光源、左侧光源、右侧光源，上侧光源与下侧光源相互切换、左侧光源与右侧光源相互切换。

优选地，所述光源为一排LED灯。

根据本发明的第二方面，提供了一种单镜头放映立体图像的方法，其特征在于，以视频依次显示根据本发明形成的立体图像记录文件，实现裸眼观看立体电影(3D)、裸眼观看虚拟现实(VR)。

根据本发明的第三方面，提供了一种单眼立体视觉辅助眼镜，其特征在于，其包括光源切换环，该光源切换环的中心部镂空；该光源切换环位于眼镜架面对眼睛的一侧；该光源切换环上分布着多个弱光点，弱光点周期性地分别、依次照射刺激睫状肌，从而形成单眼观看立体感。

优选地，所述光源切换环呈矩形或其他适当的形状，所述多个弱光点是上侧弱光点、下侧弱光点、左侧弱光点、右侧弱光点，上侧弱光点与下侧弱光点相互切换、左侧弱光点与右侧弱光点相互切换。

优选地，所述弱光点为一排LED光点。

优选地，所述弱光点的亮度通过自动或手动调节，以观看舒适为准。

优选地，各所述弱光点的点亮时间与熄灭间隔通过自动或手动调节，以观看清晰为准。

优选地，各所述弱光点的点亮次序通过自动或手动调节，以观看清晰为准。

根据本发明，采用从不同角度切换性地对被观测物体进行观看，对同样的被观测对象依次获得动态阴影，从而形成了立体感，方法简单但图像永不失真，也免去了各种各样的数字仿真算法和实施设备，使得立体视觉的实现成本大幅降低。

根据本发明，不需要再配戴3D眼镜就可以观看立体电影，不需要再配戴笨重且昂贵的设备就可观看虚拟现实(VR)，可以实现产品微型化，增强用户体验感，并且降低使用成本。

根据本发明，可以提供一种单眼立体视觉辅助眼镜，其使得只能用一只眼睛生活的人同样可以看到富有立体感的物体。这在眼镜技术领域，属于首创，而且是独创。

特别是，以往关于单目立体视觉的研究都是基于复杂的数学算法，而本发明突破了传统的思维模式束缚，克服了传统技术的偏见，另辟蹊径，首次实施全新的单目立体视觉技术，改为基于动态阴影的模拟技术或焦距微振动技术，其不需要复杂的算法，不需要“缝合”，计算量小，实时性强，避免了图像失真，对计算机的配置要求不高，存储量也大幅减少，昂贵的镜头数量被消减掉一半。因此，这是立体视觉技术的颠覆性的突破。

附图说明

图1A和图1B为根据本发明一个实施例切换前工况的单镜头获取立体图像的原理图。

图1C为如图1A所示的光源切换环的结构示意图。

图2A和图2B为根据本发明一个实施例切换后工况的单镜头获取立体图像的原理图。

图3A、图3B和图3C为根据本发明一个实施例的单眼立体视觉辅助眼镜的原理图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例，如图1A和1B所示，单镜头获取立体图像的装置包括光源切换环1，该光源切换环1具有镂空的中心部2，以作为图像信号的通道；该光源切换环1定位于图像感知记录元件3和被拍摄的物体4之间；该光源切换环1、图像感知记录元件3和被拍摄的物体4沿中心轴线5对准；该光源切换环1上分布着多个光源6，各光源6中，在一个发光时其他光源熄灭，照射被拍摄的物体4产生的图像依次被图像感知记录元件3拾取，从而形成立体图像记录文件7。

如图1C所示，所述光源切换环1为一矩形11，所述多个光源6是上侧光源61、下侧光源62、左侧光源63、右侧光源64，上侧光源61与下侧光源62在控制器8的控制下相互切换、左侧光源63与右侧光源63在控制器8的控制下相互切换。

在其他的实施例中，所述光源切换环1为圆环、椭圆环、菱形环或多边形环；多个光源6依次循环点亮一个或一部分，可以顺时针循环、逆时针循环，也可以按照其他规律循环。优选地，所述光源6为一排LED灯。控制器8的电路按照此要求进行设计。

如图1A和1B所示，在上侧光源61点亮而下侧光源62熄灭的工况下，照射被拍摄的物体4的上边缘41在视线411的范围内在背景100的投影4’的上边缘41’处形成了阴影101。

如图2A和2B所示，在上侧光源61熄灭而下侧光源62点亮的工况下，照射被拍摄的物体4的上边缘41在视线411的范围内在背景100的投影4’的上边缘41’处形成了阴影101’。

图1A和1B、图2A和2B都夸张地解释了动态阴影101、101’的形成原理。实际上，动态阴影101、101’非常之小，但有之，就增强了被拍摄的物体4的立体感。

相应地，本发明也提供了一种单镜头放映立体图像的方法，对于根据本发明形成的立体图像记录文件7，例如每秒钟至少显示24幅带动态阴影101、101’的图像，就可实现裸眼观看立体电影(3D)、裸眼观看虚拟现实(VR)。这样，无须再配戴特殊的设备，例如3D眼镜或VR眼镜，就可以观看立体图像了，这无疑增强了用户体验。抛弃了传统的3D眼镜或VR眼镜，不仅方便了用户，也降低了用户的使用成本。

根据本发明，容易理解的是，通过使得镜头至被拍摄物体的焦距微振动，一个镜头分时地以略微不同的焦距获得一系列不同的二维图像，再按照视频的频率单镜头播放，就可以观看到立体图像。

同理，一个眼睛只要分时地、以略微不同的晶状体曲率获得一系列不同的二维图像，就可以观看到立体图像。

本发明人的研究表明，采用光对睫状肌进行微刺激，使得睫状肌产生微振动，可以使得晶状体的曲率产生微振动，随之使得观看物体的焦距产生微振动。这使得日常生活中的单眼立体视觉由“不可能”变成了“可能”。

如图3A、图3B和图3C所示，作为在日常生活中的应用，本发明还可以提供一种单眼立体视觉辅助眼镜200。

单眼通常看到的是二维信息。为使单眼产生立体视觉，必须使被观看的物体与视网膜之间的距离产生“远近视觉微振动”，为此，需要人为地使得睫状肌产生“张弛微振动”。如果可以实现，当人眼观看一物体时，睫状肌的张弛程度的细微改变可使得眼球晶状体的曲率随之发生细微的改变，从而使晶状体凸透镜的焦距产生细微变化，该物体能在视网膜上形成细微不同的多个清晰成像。因为大脑依据睫状肌的张弛程度即可感知物体的距离，这无异可以创造出三维的感觉。如果睫状肌受到轻微的、适当的刺激，可以人为调节人眼睫状肌的张弛状态。然而，如何实现对睫状肌的适度刺激，现有技术中一直是空白，甚至没有人考虑过这个问题。

另外，光及阴影的存在，即物体上光亮部分和阴影部分的适当分布，可增强立体感。因此，利用添加阴影的方法可使二维图像产生出三维图像的立体感。然而，如何自动地、自然地在物体周围或物体表面上添加阴影，现有技术中也一直是空白，同样也没有人考虑过这个问题。

本发明创造性地以光亮201有秩序地刺激睫状肌，在使得晶状体曲率大小发生微振动的同时，对人眼的视觉环境光线强度实施微振动，由此巧妙地填补了以上二大空白。

图3A、图3B和图3C中，在本发明的单眼立体视觉辅助眼镜200的镜架202的内侧，设有光源切换环203，该光源切换环203的中心部204镂空；该光源切换环203位于眼镜架202面对眼睛的一侧；该光源切换环203上分布着多个弱光点201，弱光点201周期性地分别、依次照射刺激睫状肌，从而形成单眼观看立体感。

在多种可能的实施例中，所述光源切换环203可以呈椭圆环、圆环、矩形环、菱形环或多边形环；所述多个弱光点是上侧弱光点、下侧弱光点、左侧弱光点、右侧弱光点，上侧弱光点与下侧弱光点相互切换、左侧弱光点与右侧弱光点相互切换。另外，多个弱光点201也可依次循环点亮一个或一部分，可以顺时针循环、逆时针循环，也可以按照其他规律循环。优选地，所述弱光点201为一排LED灯。

优选地，所述弱光点201的亮度通过自动/手动调节，以观看舒适为准。

优选地，各所述弱光点201的点亮时间与熄灭间隔通过自动/手动调节，以观看清晰为准。

优选地，各所述弱光点201的点亮次序通过自动/手动调节，以观看清晰为准。

在其他的实施例中，可以在镜框上(例如在镂空的边缘处)或者在镜片上设置分光镜，使得一个被观测物体的图像可以同时变成来自两个不同光路的二维图像，这两个二维图像在单眼的视网膜上再次合成，同样可以实现单眼立体视觉效果。

实现本发明各项功能的电子电路、控制器、元器件，本发明的眼镜结构、本发明的制作工艺、本发明的所用材料选型与配方、本发明采用光的物理参数、本发明的包装与保养方法等等，都属于不同的发明构思，与本发明没有“单一性”，因此，需要另行申请发明专利。

以上已经充分公开了本发明的技术构思，据此，本领域的技术人员可以发现新的用途，可以研发进一步的技术方案，可以对本发明进行各种各样的补充、完善、修改、替换等等。然而，这样做都将落入所附权利要求书限定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种单镜头获取立体图像的方法，其特征在于，其包括光源切换环，该光源切换环的中心部镂空；该光源切换环定位于图像感知记录元件和被拍摄的物体之间；该光源切换环、图像感知记录元件和被拍摄的物体沿中心轴线对准；该光源切换环上分布着多个光源，各光源中，在其中一个或一部分发光时其他光源熄灭，照射被拍摄的物体产生的图像依次被图像感知记录元件拾取，从而形成立体图像记录文件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源切换环呈矩形、圆环、椭圆环、菱形环或多边形环；所述多个光源是上侧光源、下侧光源、左侧光源、右侧光源，上侧光源与下侧光源相互切换、左侧光源与右侧光源相互切，或者，所述多个光源依次循环点亮一个或一部分，顺时针循环、逆时针循环或以交替规律循环。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源为一个、一排或一组LED灯。

4.一种单镜头放映立体图像的方法，其特征在于，以视频依次显示根据权利要求1-3其中之一所形成的立体图像记录文件，实现裸眼观看立体电影(3D)、裸眼观看虚拟现实(VR)。

5.一种单眼立体视觉辅助眼镜，其特征在于，其包括光源切换环，该光源切换环的中心部镂空；该光源切换环位于眼镜架面对眼睛的一侧；该光源切换环上分布着多个弱光点，弱光点周期性地分别、依次照射刺激睫状肌，从而形成单眼观看立体感。

6.如权利要求5所述的单眼立体视觉辅助眼镜，其特征在于，所述光源切换环呈矩形、圆环、椭圆环、菱形环或多边形环；所述多个弱光点是上侧弱光点、下侧弱光点、左侧弱光点、右侧弱光点，上侧弱光点与下侧弱光点相互切换、左侧弱光点与右侧弱光点相互切换，或者，所述多个弱光点依次循环点亮一个或一部分，顺时针循环、逆时针循环或以交替规律循环。

7.如权利要求5所述的单眼立体视觉辅助眼镜，其特征在于，所述弱光点为一个、一排或一组LED光点。

8.如权利要求5所述的单眼立体视觉辅助眼镜，其特征在于，所述弱光点的亮度通过自动或手动调节，以观看舒适为准。

9.如权利要求5所述的单眼立体视觉辅助眼镜，其特征在于，各所述弱光点的点亮时间与熄灭间隔通过自动或手动调节，以观看清晰为准。

10.如权利要求5所述的单眼立体视觉辅助眼镜，其特征在于，各所述弱光点的点亮次序通过自动或手动调节，以观看清晰为准。