CN112596324A - 一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统 - Google Patents

一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统 Download PDF

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王琼华
江钊
郑奕
王迪
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    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

Abstract

本发明提出一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统，它由测距模块、驱动控制模块、距离判断模块、液体变焦相机、图像判断模块组成。测距模块将所测位置信息反馈给距离判断模块，距离判断模块判断该距离值是否匹配驱动控制模块预置的一组驱动值，驱动控制模块根据距离值动态实时控制液体透镜组中每片液体透镜的焦距，实时调整液体变焦相机的有效焦距，进而自适应调节智能机器人视觉识别系统，适应不同工作场景。

Description

一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统
一、技术领域
本发明涉及智能机器人的视觉识别系统，更具体地说，本发明涉及一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统。
二、背景技术
现代社会是一个智能化、信息化的时代，人工智能技术已经取得了显著的进步，高度智能化、机械化的机器代替烦琐的人力劳动已经逐步变成现实。机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，它与人工智能结合产生的具备感知、学习、理解与决策能力的机器人，称为智能机器人。感知能力是智能机器人的基础，其中视觉识别作为重要一环一直是人们研究的热点。传统智能机器人的视觉识别系统主要包括：图像采集模块、数据分析处理模块、数据输出模块。图像采集模块用来采集外部图像信息，是机器人的视频输入单元。传统的图像采集模块大多为多片固体透镜组成的摄像系统或投影系统，一般是通过改变固体透镜之间的相对位置来实现焦距的调节，这就意味着不仅需要有大量可移动部件，还必须要有精确复杂的电机进行机械驱动，难以实现快速变焦，无法应对复杂的工作场景。同时，机械移动使整个系统笨重，部件之间的摩擦损耗也降低了系统的使用寿命。对智能机器人而言，传统的固体透镜组造成了诸多不便，如遇到障碍物无法及时预判进行闪避，对不同距离的人或物体无法同时识别等。因此，亟待发明一种可适应于不同工作场景的、无需机械系统驱动的智能机器人视觉识别系统。
近年来新型的液体透镜可通过外部驱动直接控制液-液界面曲率，从而实现自适应变焦功能，其具有轻量化和低成本的优点，现已广泛应用于生化检测、医学成像和摄影等领域，也为机器人视觉识别系统提供了新的设计思路。
三、发明内容
本发明提出了一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统。如附图1所示，该视觉识别系统包括：测距模块、驱动控制模块、距离判断模块、液体变焦相机、图像判断模块。液体变焦相机包括：固体透镜组、液体透镜组和图像传感器，其中固体透镜组包括若干固体透镜，液体透镜组包含若干液体透镜。测距模块将所测位置信息反馈给距离判断模块，距离判断模块判断该距离值是否匹配驱动控制模块预置的一组驱动值，驱动控制模块动态实时控制液体透镜组中每片液体透镜的焦距，实时调整液体变焦相机的有效焦距，进而自适应调节智能机器人视觉识别系统，适应不同工作场景。
基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统的工作流程如附图2所示，初始状态时，智能机器人处于某一特定工作位置时，为识别前方待测物，首先测距模块发射测量信号以确定待测物所在位置，并将待测物与液体变焦相机之间的距离L1，即物距，实时反馈给距离判断模块；距离判断模块判断该距离值是否匹配驱动控制模块预置的驱动值；若匹配则驱动控制模块将预置的驱动值输出给液体透镜组，使得液体透镜组中每片液体透镜曲率产生相应变化，液体变焦相机的有效焦距随之改变，此时待测物可在图像传感器上清晰成像；若不匹配，则驱动控制模块动态地为液体透镜组提供不同的驱动值，各液体透镜焦距根据不同驱动值实现动态变化，直至图像判断模块判断图像传感器获得待测物清晰的图像为止，此时液体变焦相机的有效焦距为F1，如附图3所示。图像传感器获得清晰图像后将图像输出给智能机器人，智能机器人进行下一步操作。
当智能机器人发生位移或者需要识别的待测物移动时，测距模块将发射测量信号以确定前方待测物所在位置，此时，待测物与液体变焦相机之间的距离为L2，测距模块将待测物位置实时反馈给距离判断模块；距离判断模块判断该距离值是否匹配驱动控制模块预置的距离值；若匹配则驱动控制模块将预置的驱动值输出给液体透镜组，使得液体透镜组中每片液体透镜曲率产生相应变化，液体变焦相机的有效焦距随之改变，此时待测物可在图像传感器上清晰成像；若不匹配，则驱动控制模块动态地为液体透镜组提供不同的驱动值，各液体透镜焦距根据不同驱动值实现动态变化，直至图像判断模块判断图像传感器获得待测物清晰的图像为止，此时液体变焦相机的有效焦距为F2，如附图4所示。图像传感器获得清晰图像后将图像输出给智能机器人，智能机器人进行下一步操作。在此过程中，液体变焦相机中的像面位置D始终保持不变。
优选地，测距模块采用激光测距模块、超声波测距模块或红外测距模块。
优选地，驱动控制模块采用直流电压驱动模块、交流电压驱动模块、液压驱动模块、热压驱动模块或电磁驱动模块。
优选地，图像传感器采用CCD或CMOS。
优选地，液体变焦相机中液体透镜组个数M≥1；固体透镜组的个数N≥0；液体透镜组由液体透镜组成，液体透镜的个数m≥1；固体透镜组由固体透镜组成，固体透镜的个数n≥0。
优选地，液体变焦相机中的透镜组采用液体透镜组、固体透镜组-液体透镜组、液体透镜组-固体透镜组、固体透镜组-液体透镜组-固体透镜组和液体透镜组-固体透镜组-液体透镜组五种排列方式。
优选地，液体透镜为电润湿驱动液体透镜、介电泳力驱动液体透镜、机械马达驱动的弹性薄膜液体透镜、磁控液体透镜或电子肌肉驱动的液体透镜。
四、附图说明
附图1为基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统的结构图。
附图2为基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统的工作流程图。
附图3为物距为L1时液体变焦相机的成像原理图。
附图4为物距为L2时液体变焦相机的成像原理图。
附图5为实施例中物距为8mm时液体变焦相机的光学设计原理图。
附图6为实施例中物距为40mm时液体变焦相机的光学设计原理图。
附图7为实施例中物距为8mm时液体变焦相机的光学成像MTF曲线图。
附图8为实施例中物距为40mm时液体变焦相机的光学成像MTF曲线图。
上述各附图中的图示标号为：
(1)测距模块、(2)距离判断模块、(3)驱动控制模块、(4)液体变焦相机、(5)固体透镜组、(6)液体透镜组、(7)图像传感器和(8)图像判断模块。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统可运用于但不限于救援型智能机器人、医护型智能机器人、分拣型智能机器人等需自适应外界环境变焦的各类智能机器人的视觉识别系统中。本发明的一个具体实施例为：
液体变焦相机的焦距介于21mm-25mm之间，包括固体透镜组、液体透镜组和图像传感器。从待测物到图像传感器从左到右依次为待测物、第一固体透镜、第二固体透镜、第一液体透镜、第二液体透镜、第三液体透镜、第三固体透镜、第四固体透镜和图像传感器，其中第一固体透镜的焦距介于17mm与21mm之间、第二固体透镜的焦距介于-35mm与-39mm之间、第一液体透镜的焦距介于56mm与60mm之间、第二液体透镜的焦距介于205mm与210mm之间、第三液体透镜焦距介于-43mm与-47mm之间、第三固体透镜的焦距介于9mm与13mm之间、第四固体透镜的焦距介于21mm与25mm之间；第一固体透镜的折射率介于1.50与1.60之间、第二固体透镜的折射率介于1.60与1.70之间、第三固体透镜的折射率介于1.40与1.50之间、第四固体透镜的折射率介于1.55与1.65之间。
固体透镜组由四片固体透镜组成；液体透镜组由三片液体透镜组成；图像传感器的对角线尺寸为1/3英寸。当物距为8mm时，液体变焦相机的光学设计原理如附图5所示。三片液体透镜的曲率半径分别为-6.494mm、-23.242mm和5.081mm，液体变焦相机有效焦距为23.41mm，驱动电压分别为22V、36.5V和62V。当物距为40mm时，液体变焦相机的光学设计原理如附图6所示。三片液体透镜的曲率为4.897mm、6.634mm和15.140mm，液体变焦相机有效焦距为23.48mm，驱动电压分别为62V、58.8V和49.5V。

Claims (5)

1.一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统，该系统包括：测距模块、驱动控制模块、距离判断模块、液体变焦相机、图像判断模块；其中，液体变焦相机包括：固体透镜组、液体透镜组和图像传感器；固体透镜组包括若干固体透镜，液体透镜组包含若干液体透镜；测距模块将所测位置信息反馈给距离判断模块，距离判断模块判断该距离值是否匹配驱动控制模块预置的一组驱动值，驱动控制模块动态实时控制液体透镜组中每片液体透镜的焦距，实时调整液体变焦相机的有效焦距，进而自适应调节智能机器人视觉识别系统，适应不同工作场景；
初始状态时，智能机器人处于某一特定工作位置时，为识别前方待测物，首先测距模块发射测量信号以确定待测物所在位置，并将待测物与液体变焦相机之间的距离L1，即物距，实时反馈给距离判断模块；距离判断模块判断该距离值是否匹配驱动控制模块预置的驱动值；若匹配则将预置的驱动值输出给液体透镜组，使得液体透镜组中每片液体透镜曲率产生相应变化，液体变焦相机的有效焦距随之改变，此时待测物可在图像传感器上清晰成像；若不匹配，则驱动控制模块动态地为液体透镜组提供不同的驱动值，各液体透镜焦距根据不同驱动值实现动态变化，直至图像判断模块判断图像传感器获得待测物清晰的图像为止，此时液体变焦相机的有效焦距为F1；图像传感器获得清晰图像后将图像输出给智能机器人，智能机器人进行下一步操作；
当智能机器人发生位移或者需要识别的待测物移动时，测距模块将发射测量信号以确定前方待测物所在位置，此时，待测物与液体变焦相机之间的距离为L2，测距模块将待测物位置实时反馈给距离判断模块；距离判断模块判断该距离值是否匹配驱动控制模块预置的距离值；若匹配则驱动控制模块将预置的驱动值输出给液体透镜组，使得液体透镜组中每片液体透镜曲率产生相应变化，液体变焦相机的有效焦距随之改变，此时待测物可在图像传感器上清晰成像；若不匹配，则驱动控制模块动态地为液体透镜组提供不同的驱动值，各液体透镜焦距根据不同驱动值实现动态变化，直至图像判断模块判断图像传感器获得待测物清晰的图像为止，此时液体变焦相机的有效焦距为F2；图像传感器获得清晰图像后将图像输出给智能机器人，智能机器人进行下一步操作；在此过程中，液体变焦相机中的像面位置D始终保持不变。
2.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统，其特征在于，测距模块采用激光测距模块、超声波测距模块或红外测距模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统，其特征在于，图像传感器采用CCD或CMOS。
4.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统，其特征在于，液体变焦相机中液体透镜组个数M≥1；固体透镜组的个数N≥0；液体透镜组由液体透镜组成，液体透镜的个数m≥1；固体透镜组由固体透镜组成，固体透镜的个数n≥0。
5.根据权利要求1所述的一种基于液体变焦相机的智能机器人视觉识别系统，其特征在于，液体透镜为电润湿驱动液体透镜、介电泳力驱动液体透镜、机械马达驱动的弹性薄膜液体透镜、磁控液体透镜或电子肌肉驱动的液体透镜。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0408224A2 (en) * 1989-06-29 1991-01-16 The Research Foundation Of State University Of New York Computational methods and electronic camera apparatus for determining distance of objects, rapid autofocusing and obtaining improved focus images
CN103048765A (zh) * 2012-12-18 2013-04-17 天津三星光电子有限公司 一种相机调焦装置及方法
CN103809225A (zh) * 2014-02-19 2014-05-21 浙江大学 一种仿生变焦透镜及其驱动装置
CN105100617A (zh) * 2015-07-28 2015-11-25 深圳市万普拉斯科技有限公司 成像设备的对焦控制方法和成像装置
WO2016032292A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Photographing method and electronic device
CN106982326A (zh) * 2017-03-29 2017-07-25 华勤通讯技术有限公司 焦距调整方法及终端
CN107370936A (zh) * 2016-05-12 2017-11-21 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 变焦方法及变焦装置
CN107716468A (zh) * 2017-10-31 2018-02-23 广东工业大学 一种激光自动聚焦方法、系统、装置及可读存储介质
CN107924040A (zh) * 2016-02-19 2018-04-17 索尼公司 图像拾取装置、图像拾取控制方法和程序
CN108200324A (zh) * 2018-02-05 2018-06-22 湖南师范大学 一种基于可变焦距镜头的成像系统及成像方法
CN208836252U (zh) * 2018-09-26 2019-05-07 深圳市大疆创新科技有限公司 相机和无人机
CN109905604A (zh) * 2019-03-29 2019-06-18 深圳市道通智能航空技术有限公司 对焦方法、装置、拍摄设备及飞行器
US20190362465A1 (en) * 2016-03-31 2019-11-28 Gopro, Inc. Systems and methods for modifying image distortion (curvature) for viewing distance in post capture
CN110805879A (zh) * 2019-11-28 2020-02-18 广州鸿彩舞台设备有限公司 自动调焦装置及舞台图案灯

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0408224A2 (en) * 1989-06-29 1991-01-16 The Research Foundation Of State University Of New York Computational methods and electronic camera apparatus for determining distance of objects, rapid autofocusing and obtaining improved focus images
CN103048765A (zh) * 2012-12-18 2013-04-17 天津三星光电子有限公司 一种相机调焦装置及方法
CN103809225A (zh) * 2014-02-19 2014-05-21 浙江大学 一种仿生变焦透镜及其驱动装置
WO2016032292A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Photographing method and electronic device
CN105100617A (zh) * 2015-07-28 2015-11-25 深圳市万普拉斯科技有限公司 成像设备的对焦控制方法和成像装置
CN107924040A (zh) * 2016-02-19 2018-04-17 索尼公司 图像拾取装置、图像拾取控制方法和程序
US20190362465A1 (en) * 2016-03-31 2019-11-28 Gopro, Inc. Systems and methods for modifying image distortion (curvature) for viewing distance in post capture
CN107370936A (zh) * 2016-05-12 2017-11-21 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 变焦方法及变焦装置
CN106982326A (zh) * 2017-03-29 2017-07-25 华勤通讯技术有限公司 焦距调整方法及终端
CN107716468A (zh) * 2017-10-31 2018-02-23 广东工业大学 一种激光自动聚焦方法、系统、装置及可读存储介质
CN108200324A (zh) * 2018-02-05 2018-06-22 湖南师范大学 一种基于可变焦距镜头的成像系统及成像方法
CN208836252U (zh) * 2018-09-26 2019-05-07 深圳市大疆创新科技有限公司 相机和无人机
CN109905604A (zh) * 2019-03-29 2019-06-18 深圳市道通智能航空技术有限公司 对焦方法、装置、拍摄设备及飞行器
CN110805879A (zh) * 2019-11-28 2020-02-18 广州鸿彩舞台设备有限公司 自动调焦装置及舞台图案灯

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王琼华等: "基于自适应透镜的光学成像系统", 《光电子技术》 *

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