CN206440244U - 分布式多目立体视觉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分布式多目立体视觉系统，本分布式多目立体视觉系统中多个立体图像采集模块和一个数据控制及处理平台，组网，即构建适于同时接入的数据传输网络、同步控制网络；其中数据控制及处理平台通过同步控制网络，控制所有的立体图像采集模块同步采集并拍摄被测物各个角度的二维图像和/或三维图像数据；之后，所有立体图像采集模块独立通过数据传输网络，将测量结果汇总至数据控制及处理平台，实现全角度下的三维测量。

Description

分布式多目立体视觉系统

技术领域

本实用新型涉及目标提取与三维测量技术领域，是一种针对中小型物体进行全角度下目标纹理与轮廓提取的装置。

背景技术

立体视觉测量是获取物体三维信息的重要方法，在三维测量领域应用广泛。为测量物体整体三维形貌，需在全角度下对被测物进行测量。全角度测量一般分为两类方法：一类使用少量传感器，通过传感器与被测物之间的相对运动，实现在不同视角下对被测物的测量；一类在空间中布置多组位置固定的传感器，无需运动被测物，也可得到全角度下被测物的完整三维形貌。

通过传感器与被测物间的相对运动，实现三维测量的方法比较灵活，但是需要多次移动并测量，才能得到完整的三维数据，测量效率低；通过空间多组位置相对固定的三维传感器，进行三维测量的方法能够快速获取被测物各个方位的数据，测量速度快，但是多组三维传感器间需要有效同步协同工作，一般需要高性能的图像采集装置，整套系统成本高昂。此外，目前已有基于IP协议的网络摄像机监控系统，但是此类系统一般分布在较大范围内，仅靠IP协议和图像的时间戳，无法保证所有图像传感器的精密(微秒级)同步工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种分布式多目立体视觉系统，以实现在进行中小型物体的全角度三维测量时，确保立体视觉图像传感器模块工作的同步性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种分布式多目立体视觉系统，包括：全角度拍摄装置，以及控制该全角度拍摄装置拍摄待测物及图像处理的数据控制及处理平台；所述全角度拍摄装置包括若干立体图像采集模块，且以待测物为中心通过各立体图像采集模块对待测物进行全角度拍摄图像，并且将图像通过数据传输网络发送至数据控制及处理平台；以及所述数据控制及处理平台适于通过同步控制网络触发相应立体图像采集模块同步拍摄，并根据获得的图像对待测物进行目标提取，以获得全角度下的目标图像。

进一步，立体图像采集模块为六个，且分别位于待测物上、下，左、右和前、后六个方位；所述立体图像采集模块包括：两个构成双目的图像传感器，位于双目之间设有光源，以及主控单元；其中所述主控单元还连接有数据交互接口和同步触发接口；通过数据交互接口构建数据传输网络；以及通过同步触发接口获得数据控制及处理平台发送的同步采集信号；并且所述数据控制及处理平台还适于控制各立体图像采集模块中的光源组合点亮或关闭，以拍摄待测物相应方向的照明图像。

进一步，各立体图像采集模块中的光源组合点亮或关闭，即所有光源分别点亮，依次拍摄待测物各个方向上的明场照明图像；左、右和前、后四个方位的光源均点亮，上、下两个方位的光源关闭，通过上、下立体图像采集模块拍摄待测物在上、下方向上的暗场照明图像；上、下和前、后四个方位的光源均点亮，左、右两个方位的光源关闭，通过左、右立体图像采集模块拍摄待测物在左、右方向上的暗场照明图像；上、下和左、右四个方位的光源均点亮，前、后两个方位的光源关闭，通过前、后立体图像采集模块拍摄待测物在前、后方向上的暗场照明图像；其中将各照明图像发送至数据控制及处理平台。

进一步，所述数据控制及处理平台包括：上位机，与该上位机相连的网络交换机、同步控制模块；其中上位机控制同步控制模块通过同步控制网络触发相应立体图像采集模块同步拍摄；以及所述网络交换机连接数据传输网络且将各立体图像采集模块获得的图像发送至上位机。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的分布式多目立体视觉系统中多个立体图像采集模块和一个数据控制及处理平台，组网，即构建适于同时接入的数据传输网络、同步控制网络；其中数据控制及处理平台通过同步控制网络，控制所有的立体图像采集模块同步采集并拍摄被测物各个角度的二维图像和/或三维图像数据；之后，所有立体图像采集模块独立通过数据传输网络，将测量结果汇总至数据控制及处理平台，实现全角度下的三维测量；本系统既保证了各立体图像采集模块之间的同步性，又无需性能强大的图像采集设备，同时还保证了数据传输的效率，兼顾了高效率与低成本；并且本实用新型采用立体图像采集模块和光源组成合理的空间布局，针对中小型物体，可有效实现对待测物的全角度测量；可以根据待测物的几何特点，增加或减少立体图像采集模块与光源的数量，以更好的配合待测物体从需要的方位对待测物进行目标提取；以及本实用新型的分布式多目立体视觉系统无运动机构，不会引入额外的机械误差等。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1本实用新型的分布式多目立体视觉系统的原理框图；

图2是本实用新型的分布式多目立体视觉系统的结构示意图；

图3立体视觉图像传感器模块组成结构的第一种实施方式示意图；

图4立体视觉图像传感器模块组成结构的第二种实施方式示意图；

图5本实用新型的分布式多目立体视觉系统的系统构成图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

多个立体图像采集模块，在空间不同方位排布，使其测量范围覆盖以被测物为中心的4π立体角(称全角度)，组合形成所述的分布式多目立体视觉系统。其中，立体图像采集模块是指由一对图像传感器(CMOS图像传感器)组成的立体视觉三维传感器。多个立体图像采集模块和一个数据控制及处理平台，同时接入数据传输网络与同步控制网络。数据控制及处理平台通过同步控制网络，控制所有的立体图像采集模块同步采集并测量被测物各个角度的二维图像与三维数据；之后，所有立体图像采集模块独立通过数据传输网络，将测量结果汇总至数据控制及处理平台，实现全角度下的三维测量。

该系统各立体图像采集模块相互独立工作，具有很高的数据处理与传输能力，可扩展、易维护且成本低廉；同时，立体图像采集模块之间具有良好的同步性，可测量动态物体。该系统在中小型物体三维形貌测量领域具有良好推广前景。

如图1所示，本实施例1提供了一种分布式多目立体视觉系统，包括：

全角度拍摄装置，以及控制该全角度拍摄装置拍摄待测物及图像处理的数据控制及处理平台。

所述全角度拍摄装置包括若干立体图像采集模块，且以待测物为中心通过各立体图像采集模块对待测物进行全角度拍摄图像，并且将图像通过数据传输网络发送至数据控制及处理平台；以及所述数据控制及处理平台适于通过同步控制网络触发相应立体图像采集模块同步拍摄，并根据获得的图像对待测物进行目标提取，以获得全角度下的目标图像。

具体的，各立体图像采集模块同时与1套数据传输网络(基于IP协议的网络)和1套同步控制网络(基于实时电信号的网络)连接并通信。数据控制及处理平台，也同时连接到数据传输网络与同步控制网络上，通过同步控制网络实现各立体图像采集模块的精确同步采集，通过数据传输网络汇总立体图像采集模块的拍摄图像。

所述立体图像采集模块的个数和位置可根据待测物的具体特性进行更改，具体的，立体图像采集模块的数量，可根据被测物的几何特性，增加或减少；增加或减少的规律为：若待测物在上、下，左、右和前、后六个方向中的某一个方向上表面积较小，则可移除该方位上的立体图像采集模块；若待测物在上、下，左、右和前、后六个方向中的某两个方向间的朝向上，表面积较大，则在此朝向的方位上增加立体图像采集模块。

作为分布式多目立体视觉系统的一种可选的实施方式：

在图2中101、102、103、104、105、106分别为上、下、左、右、前、后位置的立体图像采集模块；401为待测物体；201、211、202、212、203、213、204、214、205、215、206、216均为图像传感器，301、302、303、304、305、306分别为光源。

立体图像采集模块为六个，且分别位于待测物上、下，左、右和前、后六个方位；所述立体图像采集模块包括：两个构成双目的图像传感器，位于双目之间设有光源，以及主控单元；其中所述主控单元还连接有数据交互接口和同步触发接口；通过数据交互接口构建数据传输网络；以及通过同步触发接口获得数据控制及处理平台发送的同步采集信号；并且所述数据控制及处理平台还适于控制各立体图像采集模块中的光源组合点亮或关闭，以拍摄待测物相应方向的照明图像。

作为立体图像采集模块可选的两种实施方式，第一种如图3所示，第二种如图4所示。

第一种立体图像采集模块的结构如图3所示，由两组相对独立的单目视觉传感系统组成。其中第一组单目视觉传感系统包含：主控单元，CMOS图像传感器，电源控制电路，数据处理单元，数据存储单元，数据交互接口，同步触发接口。其中第二组单目视觉传感系统包含：主控单元，CMOS图像传感器，电源控制电路，数据处理单元，数据存储单元，数据交互接口，同步触发接口。

以其中第一组单目视觉传感系统为例说明工作方式。工作时，电源控制电路对该组内所有部分供电。数据交互接口接入如图1所示的数据传输网络中(基于IP的网络)，用于数据的传输；同步触发接口接入如图1所示的同步控制网络中(基于实时电信号的网络，该网络中的同步信号，可以电平的上升沿、下降沿、高电平或者低电平等形式存在)。同步触发接口在接到触发信号后，主控单元控制CMOS图像传感器采集图像，并将该图像发送至数据处理单元，经处理后，得到图像数据；数据存储单元负责储存该数据，并通过数据交互接口将数据独立传输至如图1所示的数据控制及处理平台中。如此即可完成数据的采集。

第二种立体图像采集模块的结构如图4所示，由主控单元同时控制两CMOS图像传感器。此外，该立体图像采集模块还包括电源控制电路，数据处理单元，数据存储单元，数据交互接口，同步触发接口。

工作时，数据交互接口接入如图1所示的数据传输网络中(基于IP的网络)，用于数据的传输；同步触发接口接入如图1所示的同步控制网络中(基于实时电信号的网络，该网络中的同步信号，可以电平的上升沿、下降沿、高电平或者低电平等形式存在)。同步触发接口在接到触发信号后，主控单元控制两CMOS图像传感器采集图像，并将该图像发送至数据处理单元，经处理后，得到图像数据；数据存储单元负责储存该数据，并通过数据交互接口将数据独立传输至如图1所示的数据控制及处理平台中。如此即可完成数据的采集。

立体图像采集模块具备独立采集与处理数据的能力。多个立体图像采集模块组网形成分布式多目立体视觉系统，理论上可无限拓展立体图像采集模块的个数；同时，有效减小数据控制及处理平台的运算量，系统更为稳定。

其中，光源例如但不限于采用LED光源，且光源的发光角度与图像传感器的视场角相等或接近，以提高照明效率。

LED光源的开关可由数据控制及处理平台程序化控制，快速开启或关闭，即控制各个LED光源依次组合闪烁，同时所有图像传感器模块同步拍摄待测物的明场照明图像和暗场照明图像。光源的亮暗可控，通过快速序列闪光，结合立体视觉图像传感器的同步抓拍，可在不明显损失测量速度的前提下，将明场与暗场照明有机结合，实现全角度下待测目标表面纹理与边缘轮廓的同步提取。

本实用新型采用立体图像采集模块和光源组成合理的空间布局，针对中小型物体，可有效实现对待测物的全角度测量；可以根据待测物的几何特点，增加或减少立体图像采集模块与光源的数量，以更好的配合待测物体从需要的方位对待测物进行目标提取。

各立体图像采集模块中的光源组合点亮或关闭，即所有光源分别点亮，则依次拍摄待测物六个方向上的明场照明图像；左、右和前、后四个方位的光源均点亮，上、下两个方位的光源关闭，通过上、下立体图像采集模块拍摄待测物在上、下方向上的暗场照明图像；上、下和前、后四个方位的光源均点亮，左、右两个方向上的光源关闭，通过左、右立体图像采集模块拍摄待测物在左、右方向上的暗场照明图像；上、下和左、右四个方位的光源均点亮，前、后两个方向上的光源关闭，通过前、后立体图像采集模块拍摄待测物在前、后方向上的暗场照明图像；其中将各照明图像发送至数据控制及处理平台。

其中，由于一立体图像采集模块中含有两图像传感器，因此，对于各立体图像采集模块的每次拍摄均获得两张图像，故上述光源组合点亮或关闭拍摄后，获得12幅明场照明图像、12幅暗场照明图像。

如图5所示，所述数据控制及处理平台包括：上位机，与该上位机相连的网络交换机、同步控制模块；其中上位机控制同步控制模块通过同步控制网络触发相应立体图像采集模块同步拍摄；以及所述网络交换机连接数据传输网络且将各立体图像采集模块获得的图像发送至上位机。其中，同步控制模块例如通过基于STC89C52RC型号的C51单片机控制板实现，使用该芯片中P2.0至P2.5共六个TTL电平的IO管脚，以提供同步控制网络服务。

六个立体图像采集模块均通过相应信号线物理连接的方式与网络交换机、同步控制模块相连；以及上位机通过网线与网络交换机相连，同时上位机通过RS232串口与同步控制模块相连并通讯。

立体图像采集模块中的数据交互接口为标准的基于IP的网口；同步触发接口为单针通用IO口，可检测和发出TTL上升沿；主控单元采用基于ARM9架构的芯片；数据处理单元为主控单元内部自带的DSP处理器；数据存储单元为高速闪存芯片。

对整个系统的工作流程说明如下：

系统工作时，将待测物放置到如图2所示的位置上；

上位机使用基于TCP/IP协议的程序，通过网络交换机与6个立体图像采集模块通信，向它们发送准备采集测量的指令；

各立体图像采集模块接到指令后，进行采集测量的初始化工作(主要是立体图像采集模块开始检测同步控制网络上是否有同步采集信号发来)，准备完成后，通过网络交换机向上位机发送初始化成功的信号；

上位机在接到所有立体图像采集模块的初始化成功信号后，通过同步控制模块，向各立体图像采集模块，发送同步采集指令；

该同步采集指令，以TTL上升沿的形式，由同步控制模块直接发送至6个立体图像采集模块；

各立体图像采集模块接到同步指令后，各自独立对待测物进行采集测量，并将得到的数据暂时存储在各立体图像采集模块内部的数据存储单元中；

上位机以轮询的方式，通过网络交换机依次与6个立体图像采集模块通信，逐一将每个立体图像采集模块得到的数据汇总在601处；

所有6组数据汇总至上位机处，此时一次测量完成；

上位机处的数据，可为后续其他用途所使用。如目标图像提取、3D显示、3D打印等。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种分布式多目立体视觉系统，其特征在于，包括：

全角度拍摄装置，以及

控制该全角度拍摄装置拍摄待测物及图像处理的数据控制及处理平台；

所述全角度拍摄装置包括若干立体图像采集模块，且以待测物为中心通过各立体图像采集模块对待测物进行全角度拍摄图像，并且将图像通过数据传输网络发送至数据控制及处理平台；以及

所述数据控制及处理平台适于通过同步控制网络触发相应立体图像采集模块同步拍摄。

2.根据权利要求1所述的分布式多目立体视觉系统，其特征在于，

立体图像采集模块为六个，且分别位于待测物上、下，左、右和前、后六个方位；

所述立体图像采集模块包括：两个构成双目的图像传感器，位于双目之间设有光源，以及主控单元；其中

所述主控单元还连接有数据交互接口和同步触发接口；

通过数据交互接口构建数据传输网络；以及

通过同步触发接口获得数据控制及处理平台发送的同步采集信号；并且

所述数据控制及处理平台还适于控制各立体图像采集模块中的光源组合点亮或关闭，以拍摄待测物相应方向的照明图像。

3.根据权利要求2所述的分布式多目立体视觉系统，其特征在于，

各立体图像采集模块中的光源组合点亮或关闭，即

所有光源分别点亮，依次拍摄待测物各个方向上的明场照明图像；

左、右和前、后四个方位的光源均点亮，上、下两个方位的光源关闭，通过上、下立体图像采集模块拍摄待测物在上、下方向上的暗场照明图像；

上、下和前、后四个方位的光源均点亮，左、右两个方位的光源关闭，通过左、右立体图像采集模块拍摄待测物在左、右方向上的暗场照明图像；

上、下和左、右四个方位的光源均点亮，前、后两个方位的光源关闭，通过前、后立体图像采集模块拍摄待测物在前、后方向上的暗场照明图像；其中

将各照明图像发送至数据控制及处理平台。

4.根据权利要求3所述的分布式多目立体视觉系统，其特征在于，

所述数据控制及处理平台包括：上位机，与该上位机相连的网络交换机、同步控制模块；其中

上位机控制同步控制模块通过同步控制网络触发相应立体图像采集模块同步拍摄；以及

所述网络交换机连接数据传输网络且将各立体图像采集模块获得的图像发送至上位机。