CN207301612U - 一体化大视角3d视觉系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种3D视觉系统，包括：一体化支架，其表面开设有至少3个窗口；至少两个采集模组，安装在所述一体化支架上的窗口中，用于采集各自视野内的图像；至少一个投影模组，安装在所述一体化支架上的所述窗口中，用于向所述采集模组的视野内投射光束，所述投影模组所投射的视野能够覆盖住所有所述采集模组的视野；处理器，与采集模组以及所述投影模组电连接，当所述投影模组投射光束时，所述处理器接收所述采集模组所采集到的图像，并计算出与所述采集模组对应的多幅深度图像。本实用新型的3D视觉系统结构稳定性更好、集成度更高、功耗更低，能够便利地被集成到诸如服务机器人等智能设备中。
Description
技术领域
本实用新型光学及电子技术领域，尤其涉及一种一体化大视角3D视觉系统。
背景技术
获取目标的深度信息有助于智能设备实现对目标更好的认识和理解，人类通过双眼来感知目标的深度以此实现精确的抓取、躲避，因而对于一些智能设备，例如机器人，通过配备3D相机来获取3D感知能力，进一步可以实现3D扫描、场景建模、手势交互、即时定位与地图构建(SLAM)、导航等任务。因此，在未来3D视觉将会逐渐成为智能设备必不可少的部分。然而目前的3D相机在性能与成本之间往往难以达到较好的平衡，比如成本较低的KINECT等3D相机可用作智能设备的3D视觉系统，然而由于其视场角有限，因此在很多应用中也受到很大的限制，比如难以快速对场景建模、或者由于视野内特征点较小使得数据融合时带来较大的误差；还有一些视场角大的3D视觉系统，比如激光雷达，然而一方面成本高另一方面获取的场景深度信息的分辨率非常有限，难以用来执行更加繁杂的任务，比如体感交互、避障等。
现有技术中，通过采用多个独立的深度相机组合来获得大视角3D视觉系统，但其获得的大视角3D视觉系统结构上稳定性差，且由于集成度低导致体积大，不易于被安装到其他智能设备上。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的大视角3D视觉系统结构稳定性差、集成度低的问题，提出一种一体化大视角3D视觉系统。
本实用新型的一体化大视角3D视觉系统，包括：一体化支架，所述一体化支架的表面开设有至少3个窗口；至少两个采集模组，安装在所述一体化支架上的所述窗口中，用于采集各自视野内的图像；至少一个投影模组，安装在所述一体化支架上的所述窗口中，用于向所述采集模组的视野内投射光束，所述投影模组所投射的视野能够覆盖住所有所述采集模组的视野；处理器，与所述采集模组以及所述投影模组电连接，当所述投影模组投射光束时，所述处理器接收来自所述至少两个采集模组所采集到的图像，并计算出与所述采集模组对应的多幅深度图像。优选地，所述处理器还用于将所述多幅深度图像整合成一幅深度图像。
在优选的实施方式中，所述至少两个采集模组各自的视野之间有至少部分重叠。优选地，所述3D视觉系统有2个采集模组，并且所述2个采集模组的叠加水平视野范围为60°-120°，更优选的叠加水平视野范围为90°-115°。
在优选的实施方式中，所述3D视觉系统有4个采集模组，并且所述4个采集模组的叠加水平视野范围为135°-240°，更优选的叠加水平视野范围为180°-225°。
在优选的实施方式中，所述一体化支架为塑料支架或金属支架。优选地，所述一体化支架的表面为曲面，所述窗口位于所述曲面上。更优选地，所述一体化支架的表面为弧形表面，所述窗口位于所述弧形表面上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：
本实用新型的一体化大视角3D视觉系统，通过在一体化的支架上开设窗口，并将用于深度成像的采集模组以及投影模组安装支架表面的窗口内，在安装时可根据具体的需要进行调整各个部件的位置与方位，所构成的3D视觉系统结构稳定性更好、集成度更高、功耗更低，能够便利地被集成到诸如服务机器人等智能设备中，以获取大视角的深度信息，便于进行3D建模、SLAM、避障等功能。
附图说明
图1是根据本实用新型一个实施例的3D视觉系统结构示意图。
图2是根据本实用新型一个实施例的3D视觉系统结构示意图。
图3是根据本实用新型一个实施例的3D视觉系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
3D视觉系统(如深度相机、激光雷达)用于获取目标空间中的深度信息，比如激光雷达可以获取目标空间中某一水平面上360°的深度信息，这种深度信息尽管是一维的，空间分辨率较低，但拥有360°的大视角；又如利用深度相机可以获取目标空间中水平及垂直视角(FOV)分别为60°及40°的深度信息，这种深度信息是二维的，拥有非常高的空间分辨率，但每个方向上的视场角都较小。在许多应用中，往往要求3D视觉系统即拥有某一方向上的大视角，也要求有非常高的空间分辨率。现有技术中，通过采用多个独立的深度相机组合来提升视场角，但结构上稳定性差，且由于集成度低导致体积大，不易于被安装到其他智能设备上。
本实用新型提出一种集成度高且结构稳定性高的大视角(视场、FOV)的3D视觉系统，通过将组成深度相机的基本单元，即采集模组、投影模组等，安装到一体化的支架上来实现大视角、高空间分辨率的深度测量，在一种实施方式中，在其中一个方向上的FOV可以达到180°。以下将通过图1～图3来详细地说明本实用新型的原理。
图1是根据本实用新型的一个实施例的3D视觉系统的示意图。在本实施例中，3D视觉系统包括支架10、采集模组11和采集模组13、投影模组12和投影模组14，采集模组11和采集模组13用于采集其视野内的图像，而投影模组12和投影模组14则用于向采集模组11和采集模组13的视野内投射光束。获取深度图像的方式有多种，比如结构光技术以及时间飞行法(TOF)技术，对于结构光技术而言，投影模组12和投影模组14用于投射结构化图案光束，比如斑点图案，采集模组11和采集模组13用于采集斑点图案以便进一步计算出深度图像；而对于TOF技术而言，投影模组12和投影模组14则投射出经调制的脉冲光束，采集模组11和采集模组13则用于采集被物体反射回的脉冲光束，投射与采集的时间差被记录用于计算出深度图像。
采集模组11和采集模组13、投影模组12和投影模组14均被安装在支架10上，并且支架的表面上均开有对应的窗口，支架的表面一般为曲面，比如圆弧形曲面。
支架10一般为硬性材质起到支撑作用，可以为任何材质，比如塑料、金属等。在本实施例中，采用合金材质，一方面重量轻，另一方面强度高使得整体稳定性好。
在本实用新型中，为了扩大整体系统的视野，一般采用两个以上的采集模组，并且在一般情况下，两个以上的采集模组各自的视野之间会有所重叠。而对于投影模组而言，可以采用与采集模组相同的数量，也可以其他数量，只要投影模组所投影的视野能覆盖所有采集模组的视野即可。在本实用新型中，投影模组可通过调整其分布位置，或者调整其所投射视野的范围，或者调整其所投射视野的光轴角度等其他可行的方式，使其所投影的视野覆盖所有采集模组的视野。
图2是根据本实用新型的一个实施例的3D视觉系统的示意图。在本实施例中，3D视觉系统包括支架20、三个采集模组，分别是采集模组21、采集模组23、采集模组25，两个投影模组，分别是投影模组22和投影模组24。采集模组21、采集模组23和采集模组25分别用于采集其各自视野内的图像，而投影模组22和投影模组24则用于向上述三个采集模组的视野内投射光束，并且投影模组22和投影模组24的通过调整其分布位置，或者调整其所投射视野的范围，或者调整其所投射视野的光轴角度等其他可行的方式，使其所投影的视野能够覆盖上述三个采集模组的视野。
在一个实施例中，采集模组的数量为2，二者的视野有部分重叠，整体的视角范围(一般指水平视野)可达60°-120°，优选的视角范围为90°-115°；在一个实施例中，采集模组的数量为4，整体的视角范围(一般指水平视野)可达135°-240°，优选的视角范围为180°-225°。
图3所示的根据本实用新型一个实施例的3D视觉系统的结构图。系统包括处理器30以及采集模组31及采集模组33、投影模组32及投影模组34，与图1和图2所示的实施例类似，投影模组32及投影模组34通过调整其分布位置，或者调整其所投射视野的范围，或者调整其所投射视野的光轴角度等其他可行的方式，使其所投影的视野能够覆盖采集模组31及采集模组33的视野。在本实施例中，处理器30可以为多个处理器组合而成，也可以是运行在处理器上的软件程序。处理器30与采集模组31及采集模组33、投影模组32及投影模组34电连接并用于控制其工作，同时接收来自采集模组31及采集模组33的图像并进一步处理从而获取深度图像。在一些实施例中，在获取到各自采集模组对应的视野的深度图像之后，还对深度图像进行融合以获取更大视野的单幅深度图像。
本实用新型的一体化大视角3D视觉系统，通过在一体化的支架上开设窗口，并将用于深度成像的采集模组以及投影模组置于支架表面的窗口内，该3D视觉系统具有较大的视角且具有较强的结构稳定性，并且更容易被集成到其他设备中。相对于现有技术中的单个深度相机，或者由多个深度相机拼接成的多深度相机系统，本实用新型则是将组成深度相机的零部件直接安装在支架上，在安装时可根据具体的需要进行调整各个部件的位置与方位，所构成的3D视觉系统集成度更高、功耗更低、稳定性更好，能够便利地被集成到诸如服务机器人等智能设备中，以获取大视角的深度信息，便于进行3D建模、SLAM、避障等功能。
需要指出，根据实施的需要，可将本实用新型中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分组合成新的部件，以实现本实用新型的目的，均属于对本案的简单变形或变换，落入本案的保护范围。。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种3D视觉系统，其特征在于，包括：
一体化支架，所述一体化支架的表面开设有至少3个窗口；
至少两个采集模组，安装在所述一体化支架上的所述窗口中，用于采集各自视野内的图像；
至少一个投影模组，安装在所述一体化支架上的所述窗口中，用于向所述采集模组的视野内投射光束，所述投影模组所投射的视野能够覆盖住所有所述采集模组的视野；
处理器，与所述采集模组以及所述投影模组电连接，当所述投影模组投射光束时，所述处理器接收来自所述至少两个采集模组所采集到的图像，并计算出与所述采集模组对应的多幅深度图像。
2.根据权利要求1所述的3D视觉系统，其特征在于，所述处理器还用于将所述多幅深度图像整合成一幅深度图像。
3.根据权利要求1所述的3D视觉系统，其特征在于，所述至少两个采集模组各自的视野之间有至少部分重叠。
4.根据权利要求3所述的3D视觉系统，其特征在于，所述3D视觉系统有2个采集模组，并且所述2个采集模组的叠加水平视野范围为60°-120°。
5.根据权利要求4所述的3D视觉系统，其特征在于，所述2个采集模组的叠加水平视野范围为90°-115°。
6.根据权利要求3所述的3D视觉系统，其特征在于，所述3D视觉系统有4个采集模组，并且所述4个采集模组的叠加水平视野范围为135°-240°。
7.根据权利要求6所述的3D视觉系统，其特征在于，所述4个采集模组的叠加水平视野范围为180°-225°。
8.如权利要求1所述的3D视觉系统，其特征在于，所述一体化支架为塑料支架或金属支架。
9.如权利要求1所述的3D视觉系统，其特征在于，所述一体化支架的表面为曲面，所述窗口位于所述曲面上。
10.如权利要求9所述的3D视觉系统，其特征在于，所述一体化支架的表面为弧形表面，所述窗口位于所述弧形表面上。
Priority Applications (1)
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| CN201721326412.XU CN207301612U (zh) | 2017-10-16 | 2017-10-16 | 一体化大视角3d视觉系统 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN207301612U true CN207301612U (zh) | 2018-05-01 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109541631A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-29 | 杭州蓝芯科技有限公司 | 一种基于光飞行时间的大视场面阵探测雷达 |
| WO2019237782A1 (zh) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | 杭州海康机器人技术有限公司 | 3d信息检测设备 |
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2017
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