CN114167622A - 一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统 - Google Patents

一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，包括光学子系统，光学子系统包括多个沿光路依次设置的第一光学元件和感光元件，光学子系统的预设位置还设置有第二光学元件，被拍摄物反射的入射光线沿光路依次经过多个第一光学元件和第二光学元件后照射在感光元件上生成多个具有视角差异的子图像；第二光学元件包括至少两个光学元件单元，相邻两个光学元件单元按设定结构并列设置；光学元件单元具有设定的入射面和与入射面对应的出射面。本系统能够从光学系统的内部光线中获取被拍摄物体的多个具有视角差异的子图像，后续通过其他处理设备对多个有视角差异的子图像进行进一步处理，即可获取被拍摄物的三维空间信息。

Description

一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统
技术领域
本发明涉及拍摄设备技术领域，具体涉及一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统。
背景技术
现有光学系统要获取被拍摄物表面三维信息，如果被拍摄物体是运动的，通常采用的是激光+普通照相机(或摄像机)、雷达+普通照相机(或摄像机)、红外+普通照相机(或摄像机)、或是多个相机组成的阵列来同步拍摄；如果被拍摄物体是静止的，通常采用普通照相机(或摄像机)从多个角度对被拍摄物体进行拍摄、或是光场相机对被拍摄物体进行拍摄。但是，不管采用上述那种拍摄方式，需要使用的器材较多，拍摄操作复杂。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，以解决背景技术中所提出的技术问题。
一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，包括光学子系统，所述光学子系统包括多个沿光路依次设置的第一光学元件和感光元件，所述光学子系统的预设位置还设置有第二光学元件，被拍摄物反射的入射光线沿光路依次经过多个所述第一光学元件和所述第二光学元件后照射在所述感光元件上生成多个具有视角差异的子图像；
所述第二光学元件包括至少两个光学元件单元，所述光学元件单元具有设定的入射面和与所述入射面对应的出射面；相邻两个所述光学元件单元按设定结构并列设置。
可选的，所述预设位置为从被拍摄物体表面不同位置反射的入射光线在所述光学子系统内的汇聚点所组成的平面。
可选的，所述设定的入射面为平面，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角不等于90度，入射光线在入射面折射；
所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面平行。
可选的，相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角大于0度，小于180度。
可选的，所述设定的入射面为平面，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角不等于90度，入射光线在入射面反射；
所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面不相互垂直。
可选的，相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角大于0度，小于180度。
可选的，所述设定的入射面为平面，所述入射面表面设置有偏光膜，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角等于90度；
所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面平行。
可选的，相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角等于0度。
可选的，所述设定的入射面为曲面，入射光线在入射面折射；
所述出射面为平面或者曲面，所述出射面与所述入射面组合形成一个透镜。
可选的，相邻两个所述光学元件单元的入射面所对应的光轴相互平行。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的用于获取被拍摄物多个视角视图的光学系统，能够从光学系统的内部光线中获取被拍摄物体的多个具有视角差异的子图像，后续通过其他处理设备对多个有视角差异的子图像进行进一步处理，即可获取被拍摄物的三维空间信息。被拍摄物体处于运动状态或是静止状态都适用，且不存在同步问题，拍摄操作简单、便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的现有的光学子系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的方案一的入射面的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的方案一的出射面的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的方案一的第二光学元件的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的方案二的入射面的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的方案二的出射面的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的方案二的第二光学元件的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的方案三的入射面的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的方案三的出射面的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的方案三的第二光学元件的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的方案四的入射面的结构示意图；
图13a-图13d为本发明实施例提供的方案四的出射面的结构示意图；
图14a-图14d为本发明实施例提供的方案四的第二光学元件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
目前，普通照相机或摄像机等拍摄设备均具有由若干光学元件组成的光学成像系统(参考图1所示)，用拍摄设备拍摄被拍摄物体时，被拍摄物体反射的入射光线通过光学元件后在图像传感器(如CMOS器件)上成像，在入射光线到达图像传感器之前，入射光线中是包含有被拍摄物体的三维空间信息的。
如图2所示，本发明实施例提供的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统。该光学系统包括如图1所示的光学子系统，所述光学子系统包括多个沿光路依次设置的第一光学元件和感光元件1。在所述光学子系统的预设位置设置有第二光学元件2，被拍摄物反射的入射光线沿光路依次经过多个所述第一光学元件和所述第二光学元件2后照射在所述感光元件1上生成多个具有视角差异的子图像。多个子图像之间具有视角差异，后续通过其他处理设备对多个有视角差异的子图像进行进一步处理，获取被拍摄物的三维空间信息。本实施例中，感光元件1可以采用CCD器件或者CMOS器件。
本实施例中，所述预设位置为从被拍摄物体表面不同位置反射的入射光线在所述光学子系统内的汇聚点所组成的平面，如图1中a处所示。在光学子系统内部可能有一个或多个这样由汇聚点所组成的平面，在实际安装第二光学元件2时，应使第二光学元件2的入射面尽量靠近该平面，越靠近该平面，获取的被拍摄物的三维空间信息越完整。
所述第二光学元件2包括至少两个光学元件单元，也可以是三个、四个或者多个，相邻两个所述光学元件单元按设定结构并列设置。所述光学元件单元具有设定的入射面和与所述入射面对应的出射面。照射在所述感光元件1上生成的子图像的个数与第二光学元件2包括的光学元件单元的个数相等。
具体的，光学元件单元的入射面和出射面可以有以下几种设计方案：
方案一：如图3所示，所述设定的入射面为平面，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角不等于90度，入射光线在入射面折射。此时，如图4所示，出射面为平面，且所述出射面与所述入射面平行。
此种设计方案下，如图5所示，相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角大于0度，小于180度。
方案二：如图6所示，所述设定的入射面为平面，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角不等于90度，入射光线在入射面反射。此时，如图7所示，所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面不相互垂直。
此种设计方案下，如图8所示，相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角大于0度，小于180度。
方案三：如图9所示，所述设定的入射面为平面，所述入射面表面设置有偏光膜，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角等于90度。此时，如图10所示，所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面平行。
此种设计方案下，如图11所示，相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角等于0度。
方案四：如图12所示，所述设定的入射面为曲面，入射光线在入射面折射。所述曲面可以是部分球面或者凹面等。此时，如图13a-图13d所示，所述出射面可以设计为平面或者曲面，所述出射面与所述入射面组合形成一个透镜。
此种设计方案下，对应的，如图14a-图14d所示，相邻两个所述光学元件单元的入射面所对应的光轴相互平行。
综上所述，本发明提供的用于获取被拍摄物多个视角视图的光学系统，能够从光学系统的内部光线中获取被拍摄物体的多个具有视角差异的子图像，后续通过其他处理设备对多个有视角差异的子图像进行进一步处理，即可获取被拍摄物的三维空间信息。被拍摄物体处于运动状态或是静止状态都适用，且不存在同步问题，拍摄操作简单、便捷。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，包括光学子系统，所述光学子系统包括多个沿光路依次设置的第一光学元件和感光元件，其特征在于：所述光学子系统的预设位置还设置有第二光学元件，被拍摄物反射的入射光线沿光路依次经过多个所述第一光学元件和所述第二光学元件后照射在所述感光元件上生成多个具有视角差异的子图像；
所述第二光学元件包括至少两个光学元件单元，所述光学元件单元具有设定的入射面和与所述入射面对应的出射面；相邻两个所述光学元件单元按设定结构并列设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：所述预设位置为从被拍摄物体表面不同位置反射的入射光线在所述光学子系统内的汇聚点所组成的平面。
3.根据权利要求1所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：所述设定的入射面为平面，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角不等于90度，入射光线在入射面折射；
所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面平行。
4.根据权利要求3所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角大于0度，小于180度。
5.根据权利要求1所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：所述设定的入射面为平面，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角不等于90度，入射光线在入射面反射；
所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面不相互垂直。
6.根据权利要求5所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角大于0度，小于180度。
7.根据权利要求1所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：所述设定的入射面为平面，所述入射面表面设置有偏光膜，所述入射面与所述光学子系统的光轴之间的夹角等于90度；
所述出射面为平面，且所述出射面与所述入射面平行。
8.根据权利要求7所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：相邻两个所述光学元件单元的入射面夹角等于0度。
9.根据权利要求1所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：所述设定的入射面为曲面，入射光线在入射面折射；
所述出射面为平面或者曲面，所述出射面与所述入射面组合形成一个透镜。
10.根据权利要求9所述的一种用于获取被拍摄物表面三维信息的光学系统，其特征在于：相邻两个所述光学元件单元的入射面所对应的光轴相互平行。
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