CN204145669U - 基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置，包括支架、起偏器装置、检偏器装置、摄像头、摄像头采集控制装置以及驱动装置，其中，起偏器装置包括互成一角度的第一起偏器和第二起偏器，第一起偏器和第二起偏器均安装于支架上，驱动装置的输出轴与检偏器装置连接以驱动检偏器装置转动，摄像头采集控制装置与摄像头电性连接以控制其采集图像的时间，第一起偏器的偏振化方向与第二起偏器的偏振化方向垂直，检偏器装置位于起偏器装置与摄像头之间。本偏正光图像采集装置，以较低成本和简单的系统结构实现三维重建的测量工作。

Description

基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及图像采集设备结构技术领域，尤其涉及一种基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置。

背景技术

我国的道路交通系统采用车辆、自行车、行人混合的交通模式，交通环境复杂，不同运动对象之间形成极大的干扰，传统的交通管理模式以被动为主，对交通问题的感知能力不强，缺乏提前介入、预防和引导。为解决交通拥堵等问题，交通控制中心需要获取道路交通包括车流量、人流量等具体信息进而提出实时、合理的交通控制策略。伴随着智能交通的发展，三维图像的采集要求越来越必要。

目前交通视频监控体系中通常采用的仍然是单目视觉，普通单目视觉获取的平面信息已经不能满足交通控制多元化、复杂化以及精确化的需求。与单目视觉相比，双目视觉在测量精度以及抗噪性上具有优势。然而，现有的双目立体视觉的两个相机都需要标定，而相机的标定误差、数字量化效应、特征检测以及匹配定位精度都会影响图像精度，另外，双目视觉平台一般是研究团队自己设计，由于硬件和软件的不同，相互之间性能很难进行比较，不具备通用性。另外由于成本和空间等原因，使双目视觉具有很大的局限性。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置，旨在通过一个相机来实现三维重建，以达到双目视觉的效果。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置，其特征在于，包括支架、起偏器装置、检偏器装置、摄像头、摄像头采集控制装置以及驱动装置，其中，

所述起偏器装置包括互成一角度的第一起偏器和第二起偏器，所述第一起偏器和第二起偏器均安装于所述支架上，所述驱动装置的输出轴与所述检偏器装置连接以驱动所述检偏器装置转动，所述摄像头采集控制装置与所述摄像头电性连接以控制其采集图像的时间，所述第一起偏器的偏振化方向与所述第二起偏器的偏振化方向垂直，所述检偏器装置位于所述起偏器装置与所述摄像头之间。

优选地，所述偏正光图像采集装置还包括用于连接所述检偏器装置和驱动装置的转轴和联轴器，其中，所述检偏器装置包括检偏器支架以及安装于所述检偏器支架上的检偏器偏振膜，所述转轴的一端与所述检偏器支架固定连接，另一端穿设于所述联轴器上，所述联轴器还与所述驱动装置的输出轴连接。

优选地，所述偏正光图像采集装置还包括用于检测优选地，所述偏正光图像采集装置偏器支架转动角度的第二光电对管以及固定于所述转轴上的码盘，其中，所述码盘套设于所述转轴上且位于所述第一光电对管和第二光电对管之间，所述第一光电对管和第二光电对管均与所述摄像头采集控制装置电性连接。

优选地，所述偏正光图像采集装置还包括用于调整所述起偏器装置与所述摄像头之间距离的伸缩杆，该伸缩杆的一端与所述支架连接，另一端与所述起偏器装置连接。

优选地，所述起偏器装置与所述伸缩杆之间还设有用于调整所述起偏器装置的俯仰角度的万向球装置。

优选地，所述第一起偏器和第二起偏器采用合页结构以调整其相对角度。

优选地，所述偏正光图像采集装置还包括用于支撑所述转轴的支座和安装于所述支座上的轴承，所述轴承套设于所述转轴上。

优选地，所述驱动装置为电机。

优选地，所述摄像头采集控制装置还与所述电机电性连接以控制所述电机的转动速度。

优选地，所述第一起偏器和第二起偏器均包括平面镜以及贴合于所述平面镜上的起偏器偏振膜。

本实用新型提出的基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置，通过设置互成一角度的第一起偏器和第二起偏器配合旋转的检偏器装置，摄像头在检偏器装置每旋转90度采集一次图像，于是相邻的两张图像即为相同交通实况的不同偏振光图像，从而以较低成本和简单的系统结构实现三维重建的测量工作。另外，因本基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置通过一摄像头即可实现，从而避免了双目立体视觉的两个相机因需要标定而影响图像的精度问题。同时，本偏正光图像采集装置还具有结构简单，容易实现的优点。

附图说明

图1为本实用新型基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置优选实施例的结构示意图；

图2为图1所示的A处的细节放大结构示意图；

图3为图1所示的基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置另一视角的结构示意图。

图中，10-支架，20-起偏器装置，201-第一起偏器，202-第二起偏器，30-检偏器装置，301-检偏器支架，302-检偏器偏振膜，40-摄像头，50-驱动装置，61-转轴，62-联轴器，71-支座，72-伸缩杆，73-万向球装置，81-第一光电对管，82-第二光电对管，83-码盘。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1，图1为本实用新型基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置优选实施例的结构示意图。

本优选实施例中，基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置，包括支架10、起偏器装置20、检偏器装置30、摄像头40、摄像头采集控制装置（图中未示出）以及驱动装置50，其中，

起偏器装置20包括互成一角度的第一起偏器201和第二起偏器202，第一起偏器201和第二起偏器202均安装于支架10上，驱动装置50的输出轴与检偏器装置30连接以驱动检偏器装置30转动，摄像头采集控制装置与摄像头40电性连接以控制其采集图像的时间，第一起偏器201的偏振化方向与第二起偏器202的偏振化方向垂直，检偏器装置30位于起偏器装置20与摄像头40之间。

摄像头采集控制装置可通过计算机来控制摄像头40采集图像的时间。第一起偏器201和第二起偏器202均包括平面镜以及贴合于平面镜上的起偏器偏振膜。检偏器装置30包括检偏器支架301以及安装于检偏器支架301上的检偏器偏振膜302。本实施例中，驱动装置50为电机，当然，在其它变形实施例中，驱动装置50也可采用其它结构，本实用新型对此不作限定。进一步地，本偏正光图像采集装置还包括用于支撑转轴61的支座71和安装于支座71上的轴承，轴承套设于转轴61上。

摄像头采集控制装置还与电机电性连接以控制电机的转动速度，从而实现了对电机的转速自动控制。

本基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置的工作原理如下：

经起偏器装置20作用后的光信息由检偏器装置30检偏，在检偏器装置30不断旋转过程中，当检偏器装置30的偏振化方向与第一起偏器201偏振化方向平行且与第二起偏器202偏振化方向垂直时，此时，经第二起偏器202作用后穿过检偏器装置30进入摄像头40的光信息为零；当检偏器装置30转动90度后，其检偏器装置30的偏振化方向与第一起偏器201偏振化方向垂直且与第二起偏器202偏振化方向平行，此时，经第一起偏器201作用后穿过检偏器进入摄像头40的光信息为零。因此，当控制摄像头40在检偏器装置30每旋转90度采集一次图像，采集得到的相邻的两张图像即为相同交通实况的不同偏振光图像，从而以较低成本和简单的系统结构实现三维重建的测量工作。光信号依次经起偏器偏振膜和检偏器偏振膜302后，摄像头40接收光信号，并将接收的光信号转化为电信号。计算机根据电信号将采集的图像进行三维重建。

通过计算机对采集部分进行自动控制(包括检偏器支架301的旋转、电机的转动方向和转动速度等)和采集参数(包括摄像头40的采集频率和采集时刻、采集图像尺寸参数等)设置，并通过数据线将采集数据传送给计算机，以完成不同起偏器装置20与检偏器装置30作用下不同偏振光图像的保存。

本实施例提出的基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置，通过设置互成一角度的第一起偏器201和第二起偏器202配合旋转的检偏器装置30，摄像头40在检偏器装置30每旋转90度采集一次图像，于是相邻的两张图像即为相同交通实况的不同偏振光图像，从而以较低成本和简单的系统结构实现三维重建的测量工作。另外，因本基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置通过一摄像头40即可实现，从而避免了双目立体视觉的两个相机因需要标定而影响图像的精度问题。同时，本偏正光图像采集装置还具有结构简单，容易实现的优点。

进一步地，结合参照图1和图2，本基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置还包括用于连接检偏器装置30和驱动装置50的转轴61和联轴器62，其中，转轴61的一端与检偏器支架301固定连接，另一端穿设于联轴器62上，联轴器62还与驱动装置50的输出轴连接。

通过联轴器62将转轴61的输出轴连接，将电机的动力传递至检偏器支架301，从而带动检偏器支架301转动。

进一步地，结合参照图1和图2，本基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置还包括用于检测检偏器支架301转动速度的第一光电对管81、用于检测检偏器支架301转动角度的第二光电对管82以及固定于转轴61上的码盘83，其中，码盘83套设于转轴61上且位于第一光电对管81和第二光电对管82之间，第一光电对管81和第二光电对管82均与摄像头采集控制装置电性连接。

电机驱动检偏器装置30和码盘83以相同的方向和角速度转动。码盘83上设置位于外环侧的多个第一透光孔和位于内环侧的一个第二透光孔，多个第一透光孔在码盘83的圆周方向均匀分布，多个第一透光孔在第一光电对管81测量范围内随检偏器装置30同步转动，由第一光电对管81检测并获取码盘83转动角速度，即检偏器装置30的转动角速度；码盘83内环侧的第二透光孔，在第二光电对管82的检测范围内转动。安装码盘83和检偏器装置30时，需确保第二透光孔经过第二光电对管82时，检偏器装置30的偏振化方向与第一起偏器201的偏振化方向平行且与第二起偏器202的偏振化方向垂直。则第二光电对管82检测码盘83的初始位置，也即检偏器装置30的初始位置，结合第一光电对管81检测到的转动角度，从而确定检偏器装置30的确切位置和方向，使摄像头采集控制装置控制摄像头40在合适的时机采集图像。

进一步地，结合参照图2和图3，本偏正光图像采集装置还包括用于调整起偏器装置20与摄像头40之间距离的伸缩杆72，该伸缩杆72的一端与支架10连接，另一端与起偏器装置20连接。

本实施例中，通过设置伸缩杆72从而方便调整起偏器装置20安装的高度以适应摄像头40。

进一步地，结合参照图2和图3，起偏器装置20与伸缩杆72之间还设有用于调整起偏器装置20的俯仰角度的万向球装置73，从而方便调整起偏器装置20与检偏器装置30的角度，从而方便适应各种不同的交通地形路况。

进一步地，结合参照图2和图3，第一起偏器201和第二起偏器202采用合页结构以调整其相对角度，从而方便第一起偏器201和第二起偏器202调整其相对角度，从而方便适应各种不同的交通地形路况。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于单目视觉实现三维重建的偏正光图像采集装置，其特征在于，包括支架、起偏器装置、检偏器装置、摄像头、摄像头采集控制装置以及驱动装置，其中，

所述起偏器装置包括互成一角度的第一起偏器和第二起偏器，所述第一起偏器和第二起偏器均安装于所述支架上，所述驱动装置的输出轴与所述检偏器装置连接以驱动所述检偏器装置转动，所述摄像头采集控制装置与所述摄像头电性连接以控制其采集图像的时间，所述第一起偏器的偏振化方向与所述第二起偏器的偏振化方向垂直，所述检偏器装置位于所述起偏器装置与所述摄像头之间。

2.如权利要求1所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，还包括用于连接所述检偏器装置和驱动装置的转轴和联轴器，其中，所述检偏器装置包括检偏器支架以及安装于所述检偏器支架上的检偏器偏振膜，所述转轴的一端与所述检偏器支架固定连接，另一端穿设于所述联轴器上，所述联轴器还与所述驱动装置的输出轴连接。

3.如权利要求2所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，还包括用于检测所述检偏器支架转动速度的第一光电对管、用于检测所述检偏器支架转动角度的第二光电对管以及固定于所述转轴上的码盘，其中，所述码盘套设于所述转轴上且位于所述第一光电对管和第二光电对管之间，所述第一光电对管和第二光电对管均与所述摄像头采集控制装置电性连接。

4.如权利要求1所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，还包括用于调整所述起偏器装置与所述摄像头之间距离的伸缩杆，该伸缩杆的一端与所述支架连接，另一端与所述起偏器装置连接。

5.如权利要求4所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，所述起偏器装置与所述伸缩杆之间还设有用于调整所述起偏器装置的俯仰角度的万向球装置。

6.如权利要求1所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，所述第一起偏器和第二起偏器采用合页结构以调整其相对角度。

7.如权利要求2所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，还包括用于支撑所述转轴的支座和安装于所述支座上的轴承，所述轴承套设于所述转轴上。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，所述驱动装置为电机。

9.如权利要求8所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，所述摄像头采集控制装置还与所述电机电性连接以控制所述电机的转动速度。

10.如权利要求1至7中任意一项所述的偏正光图像采集装置，其特征在于，所述第一起偏器和第二起偏器均包括平面镜以及贴合于所述平面镜上的起偏器偏振膜。