CN111669565A - 一种立体成像装置及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立体成像装置及其成像方法，包括第一偏振片、第二偏振片和像素偏振相机；所述第一偏振片用于透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光，所述第二偏振片用于透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光，所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振角度不同；所述像素偏振相机用于根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像，从而不需两台相机进行成像，也不需同步器协调两台相机，进而可以解决现有技术中协调两台相机同时曝光的同步器系统附件多、成本高、设备的安装调试和使用不方便的问题。

Description

一种立体成像装置及其成像方法

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，更具体地说，涉及一种立体成像装置及其成像方法。

背景技术

常规立体数字图像相关或其他计算机双目立体视觉应用中，需要使用两台类似的相机，以一定的立体视角观察被测对象，并根据双目立体相机的视差获得被测对象的立体信息。

基于此，需要使用协调两台相机同时曝光的硬件同步器和专用支撑支架固定相机，但是，该同步器系统附件较多，成本较高，设备的安装调试和使用较为不便。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种立体成像装置及其成像方法，以解决现有技术中协调两台相机同时曝光的同步器系统附件多、成本高、设备的安装调试和使用不方便的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种立体成像装置，包括第一偏振片、第二偏振片和像素偏振相机；

所述第一偏振片用于透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光，所述第二偏振片用于透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光，所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振角度不同；

所述像素偏振相机用于根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像。

可选地，还包括第一反射镜组和第二反射镜组；

所述第一反射镜组位于所述第一偏振片和所述像素偏振相机之间，用于将所述第一偏振片透射的第一偏振光反射至所述像素偏振相机；

所述第二反射镜组位于所述第二偏振片和所述像素偏振相机之间，用于将所述第二偏振片透射的第二偏振光反射至所述像素偏振相机。

可选地，所述第一偏振片和所述第二偏振片关于所述像素偏振相机的入射光轴对称设置；

所述第一反射镜组和所述第二反射镜组关于所述入射光轴对称设置。

可选地，所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜；

所述第一反射镜和所述第二反射镜依次位于所述第一偏振片和所述像素偏振相机之间的光路上；

所述第三反射镜和所述第四反射镜依次位于所述第二偏振片和所述像素偏振相机之间的光路上；

所述第二反射镜用于将所述第一偏振片透射的第一偏振光反射至所述第一反射镜；

所述第一反射镜用于将所述第二反射镜反射的第一偏振光反射至所述像素偏振相机；

所述第四反射镜用于将所述第二偏振片透射的第二偏振光反射至所述第三反射镜；

所述第三反射镜用于将所述第四反射镜反射的第二偏振光反射至所述像素偏振相机。

可选地，还包括底板；

所述第一偏振片、所述第二偏振片、所述像素偏振相机、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜固定在所述底板上。

可选地，所述第一偏振片和所述第二偏振片平行于所述像素偏振相机的镜头设置；

所述第一反射镜和所述第三反射镜位于所述第一偏振片和所述第二偏振片之间，且所述第一反射镜和所述第三反射镜的反射面朝向所述像素偏振相机的镜头设置。

可选地，所述像素偏振相机包括感光芯片，所述感光芯片包括微偏振片阵列，所述微偏振片阵列至少包括第三偏振片和第四偏振片，所述第三偏振片的角度与所述第一偏振片的角度相同，所述第四偏振片的角度与所述第二偏振片的角度相同。

一种立体成像装置的成像方法，包括：

第一偏振片透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光；

第二偏振片透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光；

所述像素偏振相机根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的立体成像装置及其成像方法，第一偏振片透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光，第二偏振片透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光，像素偏振相机根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像，从而不需两台相机进行成像，也不需同步器协调两台相机，进而可以解决现有技术中协调两台相机同时曝光的同步器系统附件多、成本高、设备的安装调试和使用不方便的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的立体成像装置的成像光路示意图；

图2为本发明实施例提供的像素偏振相机的成像部件结构示意图；

图3为本发明实施例提供的立体成像装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的立体成像装置的成像方法流程图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术中采用两台相机拍摄立体图像，且需要使用协调两台相机同时曝光的硬件同步器和专用支撑支架固定相机，但是，该同步器系统附件较多，成本较高，设备的安装调试和使用较为不便。

基于此，本发明提供了一种立体成像装置，以克服现有技术存在的上述问题，包括第一偏振片、第二偏振片和像素偏振相机；

所述第一偏振片用于透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光，所述第二偏振片用于透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光，所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振角度不同；

所述像素偏振相机用于根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像。

本发明所提供的立体成像装置及其成像方法，第一偏振片透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光，第二偏振片透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光，像素偏振相机根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像，从而不需两台相机进行成像，也不需同步器协调两台相机，进而可以解决现有技术中协调两台相机同时曝光的同步器系统附件多、成本高、设备的安装调试和使用不方便的问题。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种立体成像装置，如图1所示，包括第一偏振片10、第二偏振片11和像素偏振相机12。

其中，第一偏振片10用于透射拍摄对象00的漫反射光中的第一偏振光，第二偏振片11用于透射拍摄对象00的漫反射光中的第二偏振光，第一偏振片10和第二偏振片11的偏振角度不同；像素偏振相机12用于根据第一偏振光和第二偏振光得到拍摄对象的立体图像。

可选地，本发明实施例中的立体成像装置还包括第一反射镜组和第二反射镜组。第一反射镜组位于第一偏振片10和像素偏振相机12之间，用于将第一偏振片10透射的第一偏振光反射至像素偏振相机12；第二反射镜组位于第二偏振片11和像素偏振相机12之间，用于将第二偏振片11透射的第二偏振光反射至像素偏振相机12。

当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，还可以通过设置第一偏振片10与像素偏振相机12之间的角度以及第二偏振片11与像素偏振相机12之间的角度，来使得偏振片透射的偏振光直接入射到像素偏振相机12中，或者，通过其他光学器件使得偏振片透射的偏振光直接射到像素偏振相机12中。

进一步可选地，第一反射镜组包括第一反射镜101和第二反射镜102，第二反射镜组包括第三反射镜111和第四反射镜112。第一反射镜101和第二反射镜102依次位于第一偏振片10和像素偏振相机12之间的光路上；第三反射镜111和第四反射镜112依次位于第二偏振片11和像素偏振相机12之间的光路上。

其中，第二反射镜102用于将第一偏振片10透射的第一偏振光反射至第一反射镜101；第一反射镜101用于将第二反射镜102反射的第一偏振光反射至像素偏振相机12；第四反射镜112用于将第二偏振片11透射的第二偏振光反射至第三反射镜111；第三反射镜111用于将第四反射镜112反射的第二偏振光反射至像素偏振相机12。

当然，本发明实施例中的反射镜组并不对反射镜的个数进行限制，本发明实施例中仅以反射镜组中具有两个反射镜为例进行说明，在其他实施例中，也可以具有一个、三个、四个甚至更多个。

本发明实施例中，第一偏振片10和第二偏振片11关于像素偏振相机12的入射光轴O对称设置；第一反射镜组和第二反射镜组关于入射光轴O对称设置。具体地，第一反射镜101和第三反射镜111关于入射光轴O对称设置，第二反射镜102和第四反射镜112关于入射光轴O对称设置。

本发明实施例中，如图1所示，拍摄对象00的漫反射光线由第一偏振片10进行偏振后形成第一偏振光，第一偏振光由第一反射镜101和第二反射镜102两次反射后进入像素偏振相机12成像，同时，拍摄对象00的漫反射光线由第二偏振片11进行偏振后形成第二偏振光，第二偏振光由第三反射镜111和第四反射镜112两次反射后进入像素偏振相机12成像。由于第一偏振片10所在光路成的虚像1和第二偏振片11所在光路成的虚像2成镜面对称，因此，像素偏振相机12可以同时对虚像1和虚像2成像。

由于第一偏振片10和第二偏振片11为不同角度的偏振片，如分别为0度和180度的偏振片，因此，虚像1和虚像2的成像光线分别为0度和180度的偏振光。像素偏振相机12中四个不同角度的像素为一个单元，其一个单元中0度像素和180度像素可以对虚像1和虚像2偏振化后的成像光线分成成像，即对第一偏振光和第二偏振光分别成像，从而可以在一次拍照中获得关于拍摄对象00的不同视角的画面，进而可以根据不同视角的画面进行立体视觉计算。

需要说明的是，本发明实施例中的像素偏振相机12是一种只对特定方向偏振光进行感光的相机。其中，如图2所示，像素偏振相机12包括感光芯片120，和微偏振片阵列121，其中，微偏振片阵列121的单元大小与感光芯片120的像素单元大小完全一致，并且，微偏振片阵列121的单元与感光芯片120的像素单元一一对准。

本发明实施例中，所述微偏振片阵列至少包括第三偏振片和第四偏振片，所述第三偏振片的角度与所述第一偏振片10的角度相同，所述第四偏振片的角度与所述第二偏振片11的角度相同。当然，本发明并不仅限于此，如图2所示，微偏振片阵列121包括0°、45°、90°和135°这四种角度的偏振片，可选地，第一偏振片10的角度为0°，第二偏振片11的角度为90°，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，第二偏振片11的角度还可以为180°。基于此，第一偏振片10透射的第一偏振光可以透过微偏振片阵列中0°的偏振片照射到感光芯片120上成像，第二偏振片11透射的第二偏振光可以透过微偏振片阵列中90°的偏振片偏振后照射到感光芯片120上成像。

本发明实施例提供的立体成像装置还包括底板13，如图3所示，第一偏振片10、第二偏振片11、像素偏振相机12、第一反射镜101、第二反射镜102、第三反射镜111和第四反射镜112固定在底板13上。

并且，第一偏振片10和第二偏振片11平行于像素偏振相机12的镜头设置；第一反射镜101和第三反射镜111位于第一偏振片10和第二偏振片11之间，且第一反射镜101和第三反射镜111的反射面朝向像素偏振相机12的镜头设置，以使立体成像装置的结构更紧凑，成本更低。

可选地，第一偏振片10、第一反射镜101和第二反射镜102为一体结构，以固定第一偏振片10、第一反射镜101和第二反射镜102及其位置关系。同样，第二偏振片11、第三反射镜111和第四反射镜112为一体结构，以固定第二偏振片11、第三反射镜111和第四反射镜112及其位置关系。

本发明实施例中通过偏振片和反射镜形成获得拍摄对象左右画面的左右视角，偏振片对左右视角的入射光进行偏振处理后经过镜头成像投射到像素偏振相机12，从而实现不同偏振像素分别对左右角度视角画面成像，进而根据左右视角画面形成立体图像。本发明实施例中，使用单个相机即可获得双目画面，从而不需两台相机进行成像，也不需同步器协调两台相机，进而可以解决现有技术中协调两台相机同时曝光的同步器系统附件多、成本高、设备的安装调试和使用不方便的问题。同时，本发明实施例中的立体成像装置具有整个靶面的宽视角，实现了单相机三维数字图像相关形貌、位移和变形的测量。

本发明实施例提供了一种双目视觉装置的成像方法，如图4所示，包括：

S101：第一偏振片透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光；

S102：第二偏振片透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光；

S103：所述像素偏振相机根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像。

参考图1，拍摄对象00的漫反射光线由第一偏振片10进行偏振后形成第一偏振光，第一偏振光由第一反射镜101和第二反射镜102两次反射后进入像素偏振相机12成像，同时，拍摄对象00的漫反射光线由第二偏振片11进行偏振后形成第二偏振光，第二偏振光由第三反射镜111和第四反射镜112两次反射后进入像素偏振相机12成像。之后，像素偏振相机12根据第一偏振光所成图像和第二偏振光所成图像形成拍摄对象00的立体图像。

本发明实施例提供的立体成像装置及其成像方法，采用单台相机即可立体成像，从而不需两台相机进行成像，也不需同步器协调两台相机，进而可以解决现有技术中协调两台相机同时曝光的同步器系统附件多、成本高、设备的安装调试和使用不方便的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种立体成像装置，其特征在于，包括第一偏振片、第二偏振片和像素偏振相机；

所述第一偏振片用于透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光，所述第二偏振片用于透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光，所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振角度不同；

所述像素偏振相机用于根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第一反射镜组和第二反射镜组；

所述第一反射镜组位于所述第一偏振片和所述像素偏振相机之间，用于将所述第一偏振片透射的第一偏振光反射至所述像素偏振相机；

所述第二反射镜组位于所述第二偏振片和所述像素偏振相机之间，用于将所述第二偏振片透射的第二偏振光反射至所述像素偏振相机。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一偏振片和所述第二偏振片关于所述像素偏振相机的入射光轴对称设置；

所述第一反射镜组和所述第二反射镜组关于所述入射光轴对称设置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜；

所述第一反射镜和所述第二反射镜依次位于所述第一偏振片和所述像素偏振相机之间的光路上；

所述第三反射镜和所述第四反射镜依次位于所述第二偏振片和所述像素偏振相机之间的光路上；

所述第二反射镜用于将所述第一偏振片透射的第一偏振光反射至所述第一反射镜；

所述第一反射镜用于将所述第二反射镜反射的第一偏振光反射至所述像素偏振相机；

所述第四反射镜用于将所述第二偏振片透射的第二偏振光反射至所述第三反射镜；

所述第三反射镜用于将所述第四反射镜反射的第二偏振光反射至所述像素偏振相机。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括底板；

所述第一偏振片、所述第二偏振片、所述像素偏振相机、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜固定在所述底板上。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述第一偏振片和所述第二偏振片平行于所述像素偏振相机的镜头设置；

所述第一反射镜和所述第三反射镜位于所述第一偏振片和所述第二偏振片之间，且所述第一反射镜和所述第三反射镜的反射面朝向所述像素偏振相机的镜头设置。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述像素偏振相机包括感光芯片，所述感光芯片包括微偏振片阵列，所述微偏振片阵列至少包括第三偏振片和第四偏振片，所述第三偏振片的角度与所述第一偏振片的角度相同，所述第四偏振片的角度与所述第二偏振片的角度相同。

8.一种立体成像装置的成像方法，其特征在于，包括：

第一偏振片透射拍摄对象的漫反射光中的第一偏振光；

第二偏振片透射所述拍摄对象的漫反射光中的第二偏振光；

所述像素偏振相机根据所述第一偏振光和所述第二偏振光得到所述拍摄对象的立体图像。

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