CN204904359U - 一种基于双摄像头的三维景深识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双摄像头的三维景深识别装置，包括间隔一定距离且朝向被测物体设置的一对CMOS图像传感器；分别设置于每一CMOS图像传感器和被测物体之间的一对波长滤镜；微处理器，根据被测物体的每一特征点在每一CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置计算特征点与每一CMOS图像传感器的连线和一对CMOS图像传感器连线之间的角度，并根据该角度以及一对CMOS图像传感器之间的距离计算出每一特征点的景深信息；以及用于存储每一特征点的包含景深信息的三维信息的图形处理器。本实用新型能够方便地有效地识别被测物体的景深。

Description

一种基于双摄像头的三维景深识别装置

技术领域

本实用新型涉及三维扫描技术领域，特别涉及一种基于双摄像头的三维景深识别装置。

背景技术

随着信息通信技术的发展，获取图像的方法不仅仅限于使用各种摄像机、照相机等只能得到物体的平面图像，即物体的二维信息的图像扫描手段。在许多领域，需要获得物体的三维信息。三维扫描用于创建物体几何表面，是实现三维信息数字化的一种极为有效的工具。三维扫描的扫描点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型。三维扫描仪可模拟为照相机，它们的视线范围都体现圆锥状，信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息，而三维扫描仪测量的是距离。

三维扫描属于非接触式测量，主要分两类。一类是被动方式，就是不需要特定的光源，完全依靠物体所处的自然光条件进行扫描，常采用双目技术，但是精度低，只能扫描出有几何特征的物体，不能满足很多领域的要求。另一类是主动方式，就是像物体投射特定的光，其中代表技术激光线式的扫描，精度比较高，但是由于每次只能投射一条光线，所以扫描速度慢。

因此，有必要提供一种能够高速、高精度进行三维扫描的装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够方便有效地识别被测物体每一点景深的装置。

为达成上述目的，本实用新型提供一种基于双摄像头的三维景深识别装置，包括：间隔一定距离且朝向被测物体设置的一对CMOS图像传感器，用于捕捉所述被测物体的光信号；分别设置于每一所述CMOS图像传感器和所述被测物体之间的一对波长滤镜，用于仅使可见光到达每一所述CMOS图像传感器；微处理器，根据所述被测物体的每一特征点在每一所述CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置计算每一所述特征点与每一所述CMOS图像传感器之间的角度，并根据该角度以及所述一对CMOS图像传感器之间的距离计算出每一所述特征点的景深信息；以及图形处理器，用于存储每一所述特征点的三维信息，所述三维信息包括所述特征点在每一所述CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置的信息和所述特征点的景深信息。

优选的，所述微处理器包括数字信号处理器，用于将每一所述特征点的光信号转换为数字信号。

优选的，所述微处理器根据每一所述特征点所处入射光线的路径将每一所述特征点经转换后的数字信号对应至每一所述CMOS图像传感器的像素阵列中的像素位置。

优选的，所述微处理器包括寄存器，用于储存每一所述CMOS图像传感器的像素阵列的像素位置与进入该像素位置的入射光线的入射角的对应关系。

相较于现有技术，本实用新型利用两个CMOS图像传感器能够有效识别被测物体每一点的景深，从而克服了现有技术中判别被测物景深较为复杂的缺陷，更为方便也降低了成本。

附图说明

图1所示为本实用新型一实施例的基于双摄像头的三维景深识别装置的示意图；

图2所示为本实用新型一实施例的基于双摄像头的三维景深识别装置的方块图；

图3所示为本实用新型一实施例中被测物体以及CMOS图像传感器位置关系的俯视示意图；

图4所示为本实用新型一实施例中被测物体与每个CMOS图像传感器的连线和两个CMOS图像传感器连线的角度以及被测物体景深之间的关系示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。

请参考图1和图2，基于双摄像头的三维景深识别装置包括一对CMOS图像传感器10a和10b，一对波长滤镜11a和11b，微处理器12和图形处理器13。CMOS图像传感器10a和10b相互间隔一定距离且均朝向被测物体设置，用于捕捉被测物体的光信号。波长滤镜11a和11b分别设置于CMOS图像传感器10a和被测物体之间以及CMOS图像传感器10b和被测物体之间，用于仅使可见光到达每一个CMOS图像传感器。微处理器根据被测物体的每一特征点在每一个CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置计算每一个特征点与每一个CMOS图像传感器的连线和一对CMOS图像传感器连线之间形成的角度，并根据该角度以及一对CMOS图像传感器之间的距离计算出每一个特征点的景深信息。图形处理器则将被测物体的每一个特征点的三维信息，即每一个特征点分别在每一个CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置的信息和景深信息，存储起来。

CMOS图像传感器作为核心传感器部件，是捕捉被测物体影像的重要介面，其分辨率和精度直接决定着被测物体的识别精度。在本实施例中，CMOS图像传感器10a和10b的像素要求为200万像素以上，即包括横向1920个像素、纵向1080个像素的像素阵列。另外，为了能在各种环境光照强度下都能有效识别被测物体的景深，对CMOS图像传感器10a和10b的动态范围和灵敏度也有一定的要求。在本实施例中，CMOS图像传感器10a和10b的动态范围要求达到55dB以上，灵敏度要求达到5V/lux-s以上。对于200万像素的CMOS图像传感器来说，其分辨率为横向1920个像素阵列、纵向1080个像素阵列。因此，当CMOS图像传感器通过镜头捕捉被测物体号以后，将通过自带的广角镜头，以横向1920个像素位置、纵向1080个像素位置的精度对被测物体进行区域定位。需要说明的是，本实施例中200万像素的CMOS图像传感器10a和10b仅为示例，本实用新型并不限于使用200万像素(分辨率1920*1080)的CMOS图像传感器，而是可以使用任意分辨率的CMOS图像传感器。

对于CMOS图像传感器来说，其广角镜头的范围内每一个待测点根据该待测点所处的入射光线路径，都在CMOS图像传感器像素阵列中具有对应的一个像素位置。请参照图3，其所示为被测物体以及CMOS图像传感器位置关系的俯视示意图，位于广角镜头范围内的被测物体的某一个特征点A在CMOS图像传感器10a的横向1920个像素阵列、纵向1080个像素阵列中对应至像素位置即格点P1，同时该特征点A在CMOS图像传感器10b的横向1920个像素阵列、纵向1080个像素阵列中对应至像素位置即格点P2。本实施例中，微处理器可包括数字信号处理器，其将每个特征点的光信号转换为数字信号，然后微处理器再将该特征点经转换后的数字信号对应到每一个CMOS图像传感器的像素阵列中的像素位置。

由于CMOS图像传感器的广角镜头是预设的，不同角度的入射光经广角镜头折射后将进入对应的像素位置，因此广角镜头范围内位于同一条入射光线上的待测点都会对应到同一个像素位置，而位于该入射光线上的这些待测点与CMOS图像传感器的连线和两个CMOS图像传感器连线之间都具有一个固定的角度θ，这个角度也即是该入射光线的入射角度。换言之，像素阵列中的像素位置与角度θ呈一一对应关系。

由于像素阵列中的像素位置与角度θ具有一一对应关系，因此，本实施例中微处理器12根据被测物体的特征点所处入射光的路径将该特征点的数字信号对应至每一个CMOS图像传感器像素阵列的特定像素位置，并根据特定像素位置与入射角度的对应关系，就可获得该特征点分别对应于每个CMOS图像传感器的角度θ。微处理器可具有寄存器，该寄存器可以数据表的形式将像素位置与进入该像素位置的入射光线的入射角θ的对应关系储存，当广角镜头捕捉到被测物体时，微处理器即可根据该被测物体的特征点所对应的特定像素位置查表获得特征点与CMOS图像传感器10a(或10b)的连线与一对图像传感器10a和10b连线的角度，如图3所示，特征点A与CMOS图像传感器10a的连线和CMOS图像传感器10a、10b连线之间的角度为α，特征点A与CMOS图像传感器10b的连线和CMOS图像传感器10a、10b连线之间的角度为β。

如图4所示为被测物体某一特征点与每个CMOS图像传感器的连线和两个CMOS图像传感器连线的角度α、β以及被测物体景深z之间的关系示意图。如图4所示，两个图像传感器10a和10b以及被测物体之间形成的三角形关系。微处理器根据角度α和β，两个CMOS图像传感器之间的距离s可以计算出特征点的景深z，即z＝s/(1/tgα+1/tgβ)。

两个CMOS图像传感器10a和10b遍历化地捕捉被测物体的每一特征点，对于横向1920个像素阵列、纵向1080个像素阵列的图像传感器来说，遍历的像素点包括(xi,yj)，其中i＝0,1,2,…,1919，j＝0,1,2,…,1079。微处理器则通过上述计算将对应每个像素点的特征点的景深值计算出来。而最后处理完的每个特征点的三维信息，即每一个特征点分别在每一个CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置的信息(x，y)和景深信息z存储在图形处理器GPU中。

综上所述，本实用新型利用两个CMOS图像传感器能够有效识别被测物体每一点的景深，从而克服了现有技术中判别被测物景深较为复杂的缺陷，更为方便也降低了成本。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本实用新型所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (4)

1.一种基于双摄像头的三维景深识别装置，其特征在于，包括：

间隔一定距离且朝向被测物体设置的一对CMOS图像传感器，用于捕捉所述被测物体的光信号；

分别设置于每一所述CMOS图像传感器和所述被测物体之间的一对波长滤镜，用于仅使可见光到达每一所述CMOS图像传感器；

微处理器，根据所述被测物体的每一特征点在每一所述CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置计算每一所述特征点与每一所述CMOS图像传感器的连线和所述一对CMOS图像传感器连线之间的角度，并根据该角度以及所述一对CMOS图像传感器之间的距离计算出每一所述特征点的景深信息；以及

图形处理器，用于存储每一所述特征点的三维信息，所述三维信息包括所述特征点在每一所述CMOS图像传感器的像素阵列中所对应的像素位置的信息和所述特征点的景深信息。

2.根据权利要求1所述的三维景深识别装置，其特征在于，所述微处理器包括数字信号处理器，用于将每一所述特征点的光信号转换为数字信号。

3.根据权利要求2所述的三维景深识别装置，其特征在于，所述微处理器根据每一所述特征点所处入射光线的路径将每一所述特征点的光信号经转换后的数字信号对应至每一所述CMOS图像传感器的像素阵列中的像素位置。

4.根据权利要求1所述的三维景深识别装置，其特征在于，所述微处理器包括寄存器，用于储存每一所述CMOS图像传感器的像素阵列的像素位置与进入该像素位置的入射光线的入射角的对应关系。