CN206271053U - 一种场景生成装置、机器人及无人驾驶装置 - Google Patents

Abstract

一种场景生成装置，由光学成像单元、图像感应与处理单元、控制单元及存储单元组成，各个单元依次相连；其中，光学成像单元包括第一超广角负透镜模组、第二超广角负透镜模组、第一转向模组、第二转向模组、中继模组、成像模组及图像感应器；提供了一种成本低廉，体积小，可手持，360度视场无死角采集的虚拟现实场景生成装置。本实用新型还提供了一种机器人及无人驾驶装置。

Description

一种场景生成装置、机器人及无人驾驶装置

技术领域

本实用新型涉及虚拟现实场景生成技术领域，尤其涉及的是一种超广视场的场景生成装置、机器人及无人驾驶装置。

背景技术

虚拟现实系统在城市规划、模拟训练、宣传展示、娱乐等领域得到了广泛应用。相对于虚拟现实场景的应用而言，虚拟现实场景的构建通常采用计算机建模的方式生成三维图像，往往需要耗费大量人力物力，时间周期也较长，成本巨大，制约了市场的发展。目前，采用光学设备进行全景图像采集构建虚拟现实场景，具有效率高，成本低的诸多优点越来越受到重视。其中单镜头全景光学设备采用一个广角镜头配合一个成像器件进行图像采集，体积小且成本低，占据了较大的市场份额，但由于镜头视场有限，只能生成近似全景图像，因此不能做到真正意义上的360度视场无死角的虚拟现实场景。而采用双镜头或多镜头的全景光学设备，采用双镜头或多镜头配合多个成像器件进行图像采集，再通过软件拼接成全景图像，可以做到360度视场无死角的虚拟现实场景，但由于采用的器件较多，相应的处理电路也较复杂，设备体积大，成本也较高。

因此，对现有技术进行改进，提供一种结构紧凑，体积较小，成本低，360度视场无死角，可用于手持设备的虚拟现实场景生成装置和方法实有必要。

实用新型内容

为克服上述现有技术中的一种缺陷（不足），提供成本低廉，体积小，可手持，360度视场无死角采集的场景生成装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种场景生成装置，由2个超广角负透镜模组，2个转向模组，2个开关模组，中继模组，成像模组，图像感应器，数据处理电路，控制单元，存储单元组成。控制单元与开关模组、数据处理电路和存储单元相连。其中超广角负透镜模组所能采集的图像视场范围大于180度，2个超广角负透镜模组共轴设置在能采集完整360度视角的位置。转向模组设置在超广角负透镜模组之后能完整接收图像的位置，开关模组设置在超广角负透镜与合像模组之间可以阻断光路的任意位置，中继模组设置在转向模组之后能完整接收两个超广角负透镜模组采集图像的位置，成像模组设置在中继模组与图像感应器之间并且能让图像感应器完整接收两个超广角负透镜模组所采集图像的位置。控制单元控制开关模组的开启与关闭，使得各自光路的光交替进入成像模组和图像感应器。数据处理电路对图像感应器采集图像进行矫正，并在控制单元的协调控制下将相邻周期内的两幅图像数据进行拼接，生成一幅完整的360度全景图像后传送至存储单元保存。

与上述装置相对应的一种场景生成方法，包括如下步骤：

1.控制单元发出开始指令。

2.开启A光路开关，同时关闭B光路开关，使A光路图像进入成像模组，图像感应器采集A光路图像。

3.开启B光路开关，同时关闭A光路开关，使B光路图像进入成像模组，图像感应器采集B光路图像。

4.数据处理电路对采集的图像进行矫正，去除严重失真部分。

5.数据处理电路对相邻周期的一幅A光路图像和一幅B光路图像根据特征点进行拼接，生成完整全景图像。

6.将完整图像保存到存储单元。

7.重复步骤2到6直到控制单元发出停止指令。

本实用新型还提供了一种在头部安装该虚拟现实场景生成装置的机器人，主要用于监控或巡逻。

本实用新型还提供了一种在车辆顶部安装该虚拟现实场景生成装置无人驾驶装置；用于自动驾驶时更好地获取周围环境的信息，并辅助驾驶系统根据获取的全景图片进行适当地处理。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供一种虚拟现实场景生成装置，通过两组分离的超广角负透镜模组以及转向模组，开关模组，中继模组，成像模组，将360度全景图像分时成像在同一图像传感器，在控制单元的协调下经过数据处理电路完成图像矫正、拼接，并将最终图像保存到存储单元。由于360度全景图像是由同一个传感器接收，因此只使用一个传感器及数据处理电路就能实现全景图像的采集与处理，有效减少系统体积尺寸和制作成本，使整个装置小巧紧凑，可以用在手持设备，也可用于个人信息终端。

附图说明

图1是本发明一种场景生成装置的结构示意图。

图2是本发明一种场景生成装置采集与合成图像示意图。

图3是本发明一种场景生成方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合其中的较佳实施方式对本实用新型方案进行详细阐述。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，是本实用新型虚拟现实场景生成装置结构示意图，

由光学成像单元1、数据处理单元2、控制单元3及存储单元4组成，各个单元依次相连；光学成像单元1包括：第一超广角负透镜模组11、第二超广角负透镜模组12，第一转向模组13、第二转向模组14，第一开关模组15、第二开关模组16、中继模组17，成像模组18及图像感应器19；其中控制单元3与第一开关模组15、第二开关模组16、数据处理单元2和存储单元3相连。第一超广角负透镜模组11、第二超广角负透镜模组12是采用光学玻璃制作的能采集的图像视场范围大于180度的光学镜片或镜片组，其设置的位置能使得它们能完整采集完整360度视角即可，并不要求其有特殊的位置摆放。作为更好的例子，第一超广角负透镜模组11、第二超广角负透镜模组12共轴设置在能采集完整360度视角的位置，可以有更好的效果。第一转向模组13、第二转向模组14采用棱镜，也可以采用平面镜组合的形式分别设置在两个超广角负透镜模组11,12之后能完整接收图像的位置，第一开关模组15、第二开关模组16设置在第一超广角负透镜模组11、第二超广角负透镜模组12与成像模组19之间可以阻断光路的任意位置。

本实施例中的第一开关模组15、第二开关模组16采用可受控偏转的反射镜来实现对光路的阻断与开启，分别设置在第一转向模组13、第二转向模组14之后，同时，第一开关模组15、第二开关模组16可采用电控快门来实现对各自光路的通断控制。中继模组17采用一个具有高反射特性的二次曲面元件或多个反射镜与透镜相结合的形式设置在第一转向模组13、第二转向模组14之后能完整接收第一超广角负透镜模组11及第二超广角负透镜模组12采集图像的位置，成像模组18采用摄像镜头或具有成像功能的镜片组设置在中继模组17与图像感应器19之间并且能让图像感应器19完整接收两个超广角负透镜模组所采集图像的位置。图像感应器19可以是CCD（电荷耦合器件），也可以是CMOS（互补金属氧化物半导体）器件，数据处理单元2包含集成电路芯片且能完成图像矫正、拼接功能。

控制单元3控制第一开关模组15、第二开关模组16的开启与关闭，使得各自光路的光交替进入成像模组18和图像感应器19。数据处理电路2对图像感应器19采集图像进行矫正，去除严重失真部分，并在控制单元3的协调控制下将相邻周期内的两幅图像数据进行拼接，生成一幅完整的360度全景图像后传送至存储单元4保存。下面结合图2进行具体说明。

图2是本发明虚拟现实场景生成装置采集与合成图像示意图，为便于描述，现在把第一超广角负透镜模组11、第二超广角负透镜模组12所对应的光路其中一个称为A光路，另一个为B光路。在采集周期t1a，控制单元3开启A光路的第一开关模组15，同时关闭B光路的第二开关模组16，使A光路的光进入成像模组18，图像感应器19接收A光路的图像，数据处理单元2矫正后生成图像P1a；在相邻的采集周期t1b，控制单元3开启B光路的第二开关模组16，同时关闭A光路的第一开关模组15，使B光路的光进入成像模组18，图像感应器19接收B光路的图像，数据处理单元2矫正后生成图像P1b，接着，数据处理电路110将图像P1a，P1b根据特征点进行拼接，生成完整全景图像C1。在接下来的采集周期t2a，t2b，t3a，t3b，重复上述过程，图像感应器19分别采集A光路,B光路的图像，经过数据处理单元2矫正后生成图像P2a,P2b,P3a,P3b，最后合成全景图像C2，C3。

图3是本发明虚拟现实场景生成方法流程示意图，包括如下步骤：

S101：使用各项参数已知的物品，在上面标出至少一个位置点作为特征点（特征点的选取可按直线或设计好的曲线随意选取），并由控制单元3发出开始指令。

S102：开启A光路开关，同时关闭B光路开关，使A光路图像进入成像模组，图像感应器采集A光路图像。由第一超广角负透镜模组11获取场景图片，再通过第一转向模组13及开启的第一开关模组15、中继模组17的光信号传递路径形成A光路； 图像经过A光路进入成像模组18，再由图像感应器19采集A光路图像，获取第一场景图像；并依照透视关系进行畸变矫正，去除图像严重失真部分。

S103：开启B侧光路开关，同时关闭A侧光路开关，使B光路图像进入成像模组，图像感应器采集B光路图像。由第二超广角负透镜模组12获取场景图片，再通过第二转向模组14及开启的第二开关模组16、中继模组17的光信号传递路径形成B光路；图像经过B光路进入成像模组18，再由图像感应器19采集B光路图像，获取第二场景图像。数据处理单元对采集的图像进行矫正，去除严重失真部分。

S104：数据处理单元对相邻周期第一场景图像及第二场景图像的特征点进行拼接，生成完整的360度视场图像。找出第一场景图像及第二场景图像共有的特征点，根据特征点的大小、位置对第一场景图像和第二场景图像进行缩放，旋转，平移，使两幅图像中的特征点重合，完成图像拼接，记录缩放，旋转，平移数据作为拼接参数。

S105：存储图像到存储单元。

S106：重复S102到S105直到控制单元3发出停止指令。

本实用新型还提供了一种在头部安装该虚拟现实场景生成装置的机器人，主要用于监控或巡逻。

本实用新型还提供了一种在车辆顶部安装该虚拟现实场景生成装置无人驾驶装置；用于自动驾驶时更好地获取周围环境的信息，并辅助驾驶系统根据获取的全景图片进行适当地处理。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种场景生成装置，由光学成像单元（1）、数据处理单元（2）、控制单元（3）及存储单元（4）组成，各个单元依次相连；其特征在于，所述光学成像单元（1）包括：第一超广角负透镜模组（11）、第二超广角负透镜模组（12）、第一转向模组（13）、第二转向模组（14）、中继模组（17）、成像模组（18）及图像感应器（19）；所述第一超广角负透镜模组（11）、所述第二超广角负透镜模组（12）用于获取场景图片；所述第一转向模组（13）、所述第二转向模组（14）分别设置在所述第一超广角负透镜模组（11）及所述第二超广角负透镜模组（12）之后能完整接收图像的位置；所述成像模组（18）设置在中继模组（17）与图像感应器（19）之间，使得所述图像感应器（19）完整接收所述第一转向模组（13）、所述第二转向模组（14）的所接收的图像。

2.根据权利要求1所述的场景生成装置，其特征在于，所述控制单元（3）分别与第一开关模组（15）、第二开关模组（16）相连；所述第一开关模组（15）设置于第一超广角负透镜模组（11）与成像模组（18）之间可以阻断光路的任意位置；所述第二开关模组（16）设置于第二超广角负透镜模组（12）与成像模组（18）之间可以阻断光路的任意位置。

3.根据权利要求1或2所述的场景生成装置，其特征在于，所述第一超广角负透镜模组(11)和第二超广角负透镜模组(12)共轴设置在能采集完整360度视角图像的位置。

4.一种机器人，其特征在于，所述机器人头部安装包括权利要求1-3中任一项所述的场景生成装置。

5.一种无人驾驶装置，其特征在于，所述无人驾驶装置顶部安装包括权利要求1-3中任一项所述的场景生成装置。