CN202904217U - 单摄像机立体视觉系统 - Google Patents

Abstract

一种单像机立体视觉系统，包含一个摄像头。所述的摄像头包括一个数字成像器件以及两套完全相同的摄像透镜组和斜方棱镜。所述两组透镜组之间间距固定为人眼间距；所述两个斜方棱镜分别位于两透镜组之后；所述数字成像器件位于两个斜方棱镜之后；所述斜方棱镜、透镜组、数字成像器件之间不存在倾角，均互相平行固定放置。

Description

单摄像机立体视觉系统

技术领域

本发明涉及一种立体视觉系统，尤其涉及一种可应用于人脸识别的单摄像机立体视觉系统。

背景技术

目前常见的立体视觉系统基本上是以双摄像机或者多摄像机为主，通过不同摄像机对同一物体不同角度的拍摄，得到几张不同方位的图，通过电脑处理将几张图处理成一个三维图像。

目前最常用的立体视觉系统是双摄像机立体视觉系统，如图1所示。

图1中101为两个摄像头，包括了透镜组102和数字成像器件103。其中两个摄像头内部的透镜组102包含凸透镜、凹透镜、平凸镜等等，在双摄像机立体成像系统中起到了关键作用，既能约束入射光又能聚焦、传递入射光；103为每个摄像头内置的数字成像器件，一般以CCD最为常见；104为入射光线。该系统成像的原理是由两个透镜同时对同一物体两个不同角度进行图像信息采集，通过透镜组传给数字成像器件，再由电脑将两个数字成像器件中的图像数据进行整合重建，最终的到一个三维图像。

立体视觉系统是目前生物识别上极其重要的工具。中国专利“CN202145259U”中所采用的是两个摄像头对同一物体不同方向进行采样，虽然该方法在技术上完成了三维成像问题，但是由于两个摄像头前后左右难以精确固定、难以同时拍摄等问题，会造成取样误差、实际操作不方便，进而给成像造成误差，因而难以保证其工作性能的稳定。

发明内容

为了克服已有立体视觉系统在成像上的诸多问题，本发明提出构造一种易于同步拍摄、易于固定、便于实际操作的单像机立体视觉系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单像机立体视觉系统，只包含一个摄像头。所述的摄像头包括一个数字成像器件以及两个完全相同的摄像透镜组、两个斜方棱镜。

所述两组透镜组之间间距固定为人眼间距；所述两个斜方棱镜分别位于两透镜组之后；所述数字成像器件位于两个斜方棱镜之后；所述斜方棱镜、透镜组、数字成像器件之间不存在倾角，均互相平行固定放置。

进一步，所述的透镜组包括两个平凸透镜、一个平凹透镜，各凹凸面曲率半径以及各曲率面间距均由计算给出，所述透镜组的视场角控制在-10°～10°范围之内。要求被测物体与摄像头保持一定距离。所述的透镜组的结构设计所达到的效果是：所述入射光能够很好的进入斜方棱镜中，使尽可能少的光线溢出。

所述透镜及斜方棱镜材料均为BK7，孔径大小均为30mm。

所述斜方棱镜两边倾斜角为45°，光线可在其内部发生全反射。

所述数字成像器件，即CCD，优选尺寸为6～8mm大小，其与斜方棱镜间距由计算给出。

所述斜方棱镜以及透镜导光面均需镀一层增透膜。

所述的斜方棱镜结构设计所达到的效果是：充分利用所述摄像透镜组传递的光线，能够较好的实现两次光路的全反射、将所述入射光线聚集到同一数字成像器件中。

所述数字成像器件所达到的效果是：将所述斜方棱镜传递的光线记录下来，完成对物体的采样，以供后续图像处理程序使用。

本发明的有益效果主要表现在：摄像透镜组及斜方棱镜均采用同一种均匀材料制成，制作简单、成本低；将本发明用于立体成像时，可使得对同一物体不同方向拍摄同时完成、操作方便、便于固定。

附图说明

图1是已有技术双摄像机立体视觉系统结构示意图。

图2是本发明单像机立体视觉系统的结构示意图。

图3是本发明中摄像机透镜组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。

参照图2～图3，一种单像机立体视觉系统，包含一个数字成像器件201、两个斜方棱镜202、两组成像透镜组203和一个摄像机外壳204。所述数字成像器件、斜方棱镜和透镜组须同轴平行布置，且由金属支架固定，保持固定的间距。

参照图2，所述的斜方棱镜是一个两边成45°角的中心对称式的棱镜，为了充分利用斜方棱镜，将其两边夹角设置为45°，且在通光的两面各镀上一层增透膜。因而可以将其等效地看成两个等腰直角三角形的直角边相接构造而成，这样就提高了材料的利用率，同时也提高了光线的利用率。

所述成像透镜组203由一个平凹透镜303和两个平凸透镜302、301组成，所述的平凹透镜303、平凸透镜302、平凸透镜301沿光线传播方向同轴自左而右依次排列，所述透镜之间互相平行，间距及厚度依计算而定。所述透镜通光面镀上一层增透膜，以减小光线反射损耗。

参照图3，所述平凹透镜303为一个左平右凹的透镜，其材料为BK7。光线自左向右通过该透镜，其主要功能是对入射光线进行初步的整合，将视场角内倾斜度较大的入射光整合成角度偏差不是很大的光，供后续透镜使用。但是由于本身视场角不是很大，因此该透镜凹面的曲率半径会较大，这样能给予入射光以较小的入射角调整。

图3中，所述平凸透镜302为一个左平右凸的透镜，其材料为BK7。该透镜的主要功能是传递平凸透镜整合后的光线，同时对光线有一定的聚焦功能，能够更好的供平凸透镜301使用，为了和后续平凸透镜301相匹配，其凸面曲率半径和平凸透镜301凸面曲率半径相同，该曲率半径略小于前述平凹透镜303的凹面曲率半径。

图3中，所述平凹透镜301为一个左凸右平的透镜，其材料仍为BK7。该透镜的主要功能是再次对前述经过透镜302、303处理过的光线进行聚焦优化处理，以供后续斜方棱镜使用。

对一种优选的实例进行说明。参照图2和图3，选取透镜材料为BK7，其折射率n＝1.517；取所有透镜、斜方棱镜通光面孔径大小为30mm，透镜303厚度为5.282mm、其凹面曲率半径为240.000mm，透镜302厚度为8.265mm、其凸面曲率半径为70.300mm，透镜301厚度为19.657mm、其凸面曲率半径也为70.300mm，斜方棱镜202厚度为30mm，透镜303与透镜302间距为13.432mm，透镜302与透镜301间距为4.995mm，透镜301与斜方棱镜203间距为11.799mm，斜方棱镜和数字成像器件的间距为11.468mm，视场角取-10°～10°。

此时算出成像大小为5mm左右，能够完整地呈现在数字成像器件中。利用zemax软件模拟光场在该单像机立体视觉系统中的传播，可以发现：视场角为-10°～10°的光线，通过了透镜组和斜方棱镜的作用之后，基本能无损耗地同时成像在一个数字成像器件上，并且得到两个清晰而且像差较小的像。

Claims (4)

1.单摄像机立体视觉系统，只包含一个摄像头，所述的摄像头包括一个数字成像器件以及两套完全相同的摄像透镜组和斜方棱镜，所述两组透镜组之间间距固定为人眼间距；所述两个斜方棱镜分别位于两透镜组之后；所述数字成像器件位于两个斜方棱镜之后；所述斜方棱镜、透镜组、数字成像器件之间不存在倾角，均互相平行固定放置。 

2.如权利要求1所述的单摄像机立体视觉系统，其特征在于：透镜组所用透镜为两个平凸透镜和一个平凹透镜，且透镜组的视场角控制在-10°～10°范围之内。 

3.如权利要求1所述的单摄像机立体视觉系统，其特征在于：所述透镜及斜方棱镜材料均为BK7，孔径大小均为30mm。 

4.如权利要求1所述的单摄像机立体视觉系统，其特征在于：斜方棱镜以及透镜导光面均需镀一层增透膜。 

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