CN111866486A - 双目测距摄像头 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种双目距测摄像头，其特征在于：包括定摄像机，其带有光照强度传感器；控制器；调节机构；动摄像机，动摄像机设置于一个与摄像机中轴线同轴的圆环形轨道上，并可在圆环形轨道上绕行或静止，其在轨道上的位置由调节机构调整；该圆形轨道上沿圆周均匀分布有多个光照强度传感器；控制器比较出圆环形轨道上的亮度测量值与定摄像机处的亮度测量值最接近的光照强度传感器，根据此传感器相邻两个光照强度传感器的亮度测量值进行插值计算，估计出圆环形轨道上亮度实际值更接近定摄像机的位置，控制调节机构使动摄像机到达此位置；控制器以定摄像机采集到的图像为基准，根据动摄像机的图像偏移计算出待测目标相对于定摄像机的距离。
Description
技术领域
本申请涉及计算机视觉领域，具体地，涉及一种双目测距摄像头。
背景技术
双目立体视觉是计算机视觉的一个分支，利用2台摄像机同时对物体拍照，根据景物点在左右摄像机图像上的位置关系计算出景物点的三维坐标，从而可以实现三维测量。由于结构简单、数据采集方便迅速、属于非接触式测量以及可以应用于各种复杂恶劣的环境中，双目视觉被广泛应用于三维检测、机器人导航、医学成像等领域。
说明书附图1显示了双目测距的原理。左摄像机像面上的任意一点只要能在右摄像机像面上找到对应的匹配点，就可以确定出该点的三维坐标。可见，在两个摄像机分别拍摄的画面中找到对应的匹配点是双目测距的关键要素。
现有技术的问题：
1.实际使用环境当中，更常见的是点光源，其经过反射之后，形成的是锥形的光路，在同一母线的锥面上的光照强度是相近的，利于测距系统的工作，但固定的双目测距系统无法总是总对同一光路圆锥的母线，造成两个摄像机的明暗明显不同。
2.已经有了一些针对上面的问题的方案，如引证文件1：CN107147891B光轴可调节式三目深度获取摄像机，其通过在测距时变换双目测距摄像头的夹角或位置关系，来调节获得的图像，但是镜头的位置是双目测距坐标换算的基本位置，其镜头变位之后，测距坐标系也随之改变，带来应用上的不便。
发明内容
(一)技术问题
1.使测距系统精确地正对光源反射光锥面，提高测距成功率；
2.在必须进行系统自身的变换时，消除坐标变换带来的复杂运算。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本申请提出一种双目距测摄像头，其特征在于：包括
定摄像机，其带有光照强度传感器；
控制器；
调节机构；
动摄像机，动摄像机设置于一个与摄像机中轴线同轴的圆环形轨道上，并可在圆环形轨道上绕行或静止，其在轨道上的位置由调节机构调整；该圆形轨道上沿圆周均匀分布有多个光照强度传感器，所述定摄像机、动摄像机、调节机构和光照强度传感器与控制器电连接；
动摄像机的图像采集器件的位置与定摄像机的图像采集器件的位置构成采集器连线；
控制器比较出圆环形轨道上的亮度测量值与定摄像机处的亮度测量值最接近的光照强度传感器，根据此传感器相邻两个光照强度传感器的亮度测量值进行插值计算，估计出圆环形轨道上亮度实际值更接近定摄像机的位置，控制调节机构使动摄像机到达此位置；
控制器以定摄像机采集到的图像为基准，根据动摄像机的图像偏移计算出待测目标相对于定摄像机的距离。
进一步地，所述调节机构为内齿环与行星轮机构。
进一步地，其还具备使圆环形轨道整体做俯仰运动的俯仰机构，定摄像机与圆环形轨道固定连接，圆环形轨道的圆心在定摄像机的图像采集器件上，并且俯仰运动的转轴过圆环形轨道的圆心。
进一步地，其还具备使圆环形轨道整体做转向运动的转向机构，定摄像机与圆环形轨道固定连接，圆环形轨道的圆心在定摄像机的图像采集器件上，并且转向运动的转轴过圆环形轨道的圆心。
进一步地，俯仰机构的调节范围为正负15度。
进一步地，转向机构的调节范围为正负15度。
进一步地，还包括偏转机构，其可以使动摄像机沿采集器连线偏转。
(三)有益效果
1.本方案改进了双目测距系统的常规坐标，使定摄像机的成像点成为新的坐标零点，大大方便了系统自身的调节。
2.本方案克服了点光源对采集到的画面的影响，使机构尽可能在理想的光照条件下进行测距，提高了准确率。
3.并不是仅对各处的亮度值进行比较，而是通过圆环形的形状特性，采用插值计算的方法，求出最合理的变位位置，提高了机构的利用率。
附图说明
图1为现有技术中双目测距原理图；
图2为本申请的装置正视结构示意图；
图3为图2中A处局部结构示意图；
图4为图像采集装置位置及角度变换过程与点光源的相互作用示意图。
附图标记
1.定摄像机
2.光照强度传感器
3.动摄像机
4.圆环形轨道
5.调节机构
6.俯仰机构
7.转向机构
8.图像采集器件对位线
9.偏转机构
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要注意的是，下面为叙述简洁方便，以“摄像机”代称各类图像采集元件(如CCD，CMOS，图像采集卡等)，并且不限于动态连续采集，也包括静态的一次性的采集。
如图2，4所示，根据本申请的一种双目距测摄像头，其特征在于：包括
定摄像机1，其带有光照强度传感器2；
控制器；
调节机构5；
动摄像机3，动摄像机设置于一个与摄像机1中轴线同轴的圆环形轨道4上，并可在圆环形轨道上绕行或静止，其在轨道上的位置由调节机构调整；该圆形轨道上沿圆周均匀分布有多个光照强度传感器，所述定摄像机、动摄像机、调节机构和光照强度传感器与控制器电连接；
动摄像机3的图像采集器件的位置始终与定摄像机1的图像采集器件的位置齐平并构成采集器连线8；
控制器比较出圆环形轨道4上的亮度测量值与定摄像机1处的亮度测量值最接近的光照强度传感器2，根据此传感器相邻两个光照强度传感器的亮度测量值进行插值计算，估计出圆环形轨道上亮度实际值更接近定摄像机的位置，控制调节机构使动摄像机到达此位置；
控制器以定摄像机1采集到的图像为基准，根据动摄像机的图像偏移计算出待测目标相对于定摄像机1的距离。
本方案的要点是，将传统双目测距系统改为定-动摄像机系统，以其中一个(定摄像机)的图像和位置为基准进行距离的计算，首先使距离计算的坐标系确定和固定，方便各种变换。
其次，为了减少光照对采集到的图像的影响(最理想的情况是环境光为无限远处的平行光，这样两台摄像机采集到的图像只有角度的不同，而无明暗的不同，最容易对比计算，而点光源的情况下，不同角度对于采集到的图片的影响非常大，使系统有时无法对比出两幅图像中的同一个位置点，见说明书附图4的情况(I))，本方案设计了一套寻光系统，先测得作为基准的定摄像机处的光照强度，然后在圆环形轨道上找到光照强度最接近基准的光照强度传感器的位置，使动摄像机移动到该位置再进行测距。
整个过程如图4中的(I)到(II)所示，图4(I)中左侧为动摄像机，右侧为定摄像机，大圆点为点光源，虚线为采集器连线8。可见经过位置变换，测距系统的几何参数并没有改变(主要是两个摄像头之间的距离和零点坐标)，但两个摄像机相对于点光源的夹角差异变小，使光照条件趋同。
一般来说，在点光源的光照条件下，圆环形轨道及内部区域的各点的光照强度都不同(反射光的角度差异)，而光照强度传感器不可能设置过多，因此可以利用均布的光照强度传感器的圆形布局的形状特点，先找出亮度值与定传感器最接近的(不一定是光照情况最好的)，然后根据此传感器相临的两边的两个传感器的检测值进行插值计算，估算出圆形轨道上更接近定摄像机的位置，即在不需要过多亮度传感器的情况下，根据特定的动摄像机的圆周运动路径提高亮度匹配更接近的位置。
进一步地，所述调节机构为内齿环与行星轮机构。
进一步地，其还具备使圆环形轨道整体做俯仰运动的俯仰机构6，定摄像机1与圆环形轨道4固定连接，圆环形轨道的圆心在定摄像机1的图像采集器件上，并且俯仰运动的转轴过圆环形轨道4的圆心。
进一步地，其还具备使圆环形轨道整体做转向运动的转向机构7，定摄像机1与圆环形轨道4固定连接，圆环形轨道的圆心在定摄像机1的图像采集器件上，并且转向运动的转轴过圆环形轨道4的圆心。
因为装置的测距原点坐标已经定为动摄像机的图像采集器件上，因此最理想的情况是使动摄像机受到最好的光照(光源的反射光直射)，设定俯仰机构和转向机构，在开始测距前，先在俯仰机构和转向机构的调节范围之内遍历所有的角度位置，找到光照最好的位置，然后再开始调节机构的动作。
进一步地，俯仰机构的调节范围为正负15度。
进一步地，转向机构的调节范围为正负15度。
参见附图4中的情形(II)-(III)，通过俯仰机构和转向机构，使定摄像机先找到最合适的光照位置，同时因为两个机构的转动中心都过图像采集元件，所以并不会对实际坐标产生影响。
进一步地，还包括偏转机构，其可以使动摄像机3沿采集器连线8偏转。
当控制器根据读取的圆环形轨道上的亮度值与定摄像头上的亮度值最接近的也有一定差值时，说明入射光线的角度特殊造成差异较大，此时控制偏转机构使动摄像机向定摄像机偏转，即完成进一步地调整(参见附图4情形(III)-(IV))。
在上述调整过程中，为保证动摄像机拍到的画面中央区域与定摄像机的中央区域大体一致，可以设计联动机构使动摄像机不随行星轮做行星自转运动而只做公转运动；或在控制器中加入根据调节机构的旋转角度对动摄像机采集的画图的旋转加工程序。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.双目距测摄像头，其特征在于：包括
定摄像机，其带有光照强度传感器；
控制器；
调节机构；
动摄像机，动摄像机设置于一个与定摄像机中轴线同轴的圆环形轨道上，并可在圆环形轨道上绕行或静止，其在轨道上的位置由调节机构调整；该圆环形轨道上沿圆周均匀分布有多个光照强度传感器，所述定摄像机、动摄像机、调节机构和光照强度传感器与控制器电连接；
动摄像机的图像采集器件的位置与定摄像机的图像采集器件的位置构成采集器连线；
控制器比较出圆环形轨道上的亮度测量值与定摄像机处的亮度测量值最接近的光照强度传感器，根据此传感器相邻两个光照强度传感器的亮度测量值进行插值计算，估计出圆环形轨道上亮度实际值更接近定摄像机的位置，控制调节机构使动摄像机到达此位置；
控制器以定摄像机采集到的图像为基准，根据动摄像机的图像偏移计算出待测目标相对于定摄像机的距离。
2.根据权利要求1所述的双目距测摄像头，其特征在于：所述调节机构为内齿环与行星轮机构。
3.根据权利要求1所述的双目距测摄像头，其特征在于：其还具备使圆环形轨道整体做俯仰运动的俯仰机构，定摄像机与圆环形轨道固定连接，圆环形轨道的圆心在定摄像机的图像采集器件上，并且俯仰运动的转轴过圆环形轨道的圆心。
4.根据权利要求1所述的双目距测摄像头，其特征在于：其还具备使圆环形轨道整体做转向运动的转向机构，定摄像机与圆环形轨道固定连接，圆环形轨道的圆心在定摄像机的图像采集器件上，并且转向运动的转轴过圆环形轨道的圆心。
5.根据权利要求1所述的双目距测摄像头，其特征在于：俯仰机构的调节范围为正负15度。
6.根据权利要求1所述的双目距测摄像头，其特征在于：转向机构的调节范围为正负15度。
7.根据权利要求1所述的双目距测摄像头，其特征在于：还包括偏转机构，其可以使动摄像机沿采集器连线偏转。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112969012A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-06-15 | 辽宁工业大学 | 一种图像处理用的智能图像采集器 |
-
2020
- 2020-07-31 CN CN202010756142.6A patent/CN111866486A/zh not_active Withdrawn
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