CN215300796U

CN215300796U - 双目立体视觉处理装置及系统

Info

Publication number: CN215300796U
Application number: CN202120597406.8U
Authority: CN
Inventors: 董霄剑; 曾洪庆
Original assignee: Beijing Vizum Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Vizum Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2031-03-24

Abstract

本实用新型公开了一种双目立体视觉处理装置及系统，属于机器视觉技术领域，该装置包括线激光器，相对间隔设置的两个变焦摄像头，变焦摄像头包括光学变焦镜头、图像传感器和变焦驱动组件，图像传感器设置于光学变焦镜头的后端，变焦驱动组件与光学变焦镜头的变焦镜片组连接，变焦摄像头用于拍摄物体表面的激光线图像；以及，视觉处理器，与两个变焦摄像头连接，视觉处理器用于处理激光线图像以得到物体的三维立体信息，并根据三维立体信息中的深度信息控制变焦驱动组件调整光学变焦镜头的焦距。本实用新型的双目立体视觉处理装置及系统解决了现有技术中双目立体视觉系统无法实现不同尺度下的场景重建以及在深度方向上测量精度存在衰减的问题。

Description

双目立体视觉处理装置及系统

技术领域

本实用新型涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种双目立体视觉处理装置及系统。

背景技术

双目立体视觉系统是通过双目摄像机进行三维重建的系统，其一般是由双摄像头从不同角度同时获取周围景物的两幅图像，并基于视差原理恢复出物体三维几何信息，重建周围景物的三维形状与位置。近年来双目立体视觉系统在工业测量、机器人、生物医学等方面均有着非常广泛的研究和应用。然而现有的双目立体视觉系统一般安装位置固定，不能随意移动，只能针对特定测量范围内的物体进行三维重建，不能实现不同尺度下的场景重建，另外，采用焦距固定的摄像头使得系统在深度方向上测量精度存在衰减。随着双目立体视觉系统的应用场景越来越多样化，现有双目立体视觉系统的劣势也更加突出。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种双目立体视觉处理装置及系统，解决了现有技术中双目立体视觉系统无法实现不同尺度下的场景重建以及在深度方向上测量精度存在衰减的问题。

本实用新型实施例提供了一种双目立体视觉处理装置，包括：

线激光器，用于发射激光线到物体表面；

相对间隔设置的两个变焦摄像头，所述变焦摄像头包括光学变焦镜头、图像传感器和变焦驱动组件，所述图像传感器设置于所述光学变焦镜头的后端，所述变焦驱动组件与所述光学变焦镜头的变焦镜片组连接，所述变焦摄像头用于拍摄所述物体表面的激光线图像；

以及，视觉处理器，分别与所述线激光器和两个所述变焦摄像头连接，所述视觉处理器用于处理所述激光线图像以得到所述物体的三维立体信息，并根据所述三维立体信息中的深度信息控制所述变焦驱动组件调整所述光学变焦镜头的焦距。

在一些实施例中，所述变焦摄像头的焦距为4mm～25mm。

在一些实施例中，所述双目立体视觉处理装置还包括两个转动调节机构，所述变焦摄像头分别设置于相应的所述转动调节机构上，所述转动调节机构用于带动所述变焦摄像头转动以调整所述变焦摄像头的光轴与两个所述变焦摄像头的连线之间的夹角角度。

在一些实施例中，一个所述变焦摄像头固定设置在壳体内，另一个所述变焦摄像头设置于所述壳体内的活动滑块上，所述活动滑块与驱动电机连接，所述驱动电机可带动所述活动滑块移动以调整两个所述变焦摄像头之间的距离。

在一些实施例中，两个所述变焦摄像头之间的距离为120mm～320mm。

在一些实施例中，所述双目立体视觉处理装置还包括激光线反射组件以及与所述激光线反射组件连接的旋转驱动组件，所述激光线反射组件设置于所述线激光器的发射方向上，所述旋转驱动组件驱动所述激光线反射组件旋转以使反射的激光线匀速扫过所述物体表面。

在一些实施例中，所述线激光器设置于两个所述变焦摄像头之间或者所述线激光器位于两个所述变焦摄像头的上方或者下方。

在一些实施例中，所述线激光器为照射角度可调的激光器，所述线激光器的照射角度为40°～120°。

在一些实施例中，所述视觉处理器包括：

立体视觉处理模块，用于利用双目视觉处理算法处理所述激光线图像获得所述物体的三维立体信息；

变焦控制模块，用于根据所述三维立体信息中的深度信息控制所述变焦驱动组件进行调焦动作；

以及，应用处理模块，用于根据应用算法处理所述物体的三维立体信息并生成应用检测结果，其中所述应用算法为立体定位算法、物体计数算法、流量监控算法、物体测量算法或者物体表面检测算法。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种双目立体视觉处理系统，包括上述所述的双目立体视觉处理装置、工控机以及显示器，所述双目立体视觉处理装置通过千兆网口将所述三维立体信息和应用检测结果发送到所述工控机，并在所述显示器上显示。

本实用新型的有益效果：

本实用新型实施例的双目立体视觉处理装置包括线激光器、相对间隔设置的两个变焦摄像头以及视觉处理器，通过视觉处理器处理获取的激光线图像得到物体的三维立体信息，并根据三维立体信息中的深度信息控制变焦驱动组件调整光学变焦镜头的焦距。本实用新型实施例的双目立体视觉处理装置通过改变变焦摄像头的焦距来实现不同场景和尺度下物体表面的三维测量，相对于传统的采用定焦摄像头的双目立体视觉系统，采用变焦摄像头的双目立体视觉装置的测量范围变化更加灵活,不需要改变装置位置即实现不同尺度下的场景重建，能够克服采用定焦摄像头在深度方向上测量精度存在衰减的问题,提高了三维测量的分辨率和解析度进而提高了测量精度。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为本实用新型的双目立体视觉处理装置的一些实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的双目立体视觉处理装置的另一些实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的双目立体视觉处理装置的转动调节机构的一些实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的双目立体视觉处理装置中以一定夹角放置的两变焦摄像头的一些实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的双目立体视觉处理装置中间距可调的两变焦摄像头的一些实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的双目立体视觉处理装置中可扫描的线激光器的一些实施例的结构示意图；

图7为本实用新型的双目立体视觉处理系统的一些实施例的结构示意图。

附图标记说明：

100-双目立体视觉处理装置；

200-工控机；

300-显示器；

1-线激光器； 111-反射镜托板； 112-反射镜；

113-摆臂； 114-旋转驱动电机；

2-变焦摄像头；

3-视觉处理器； 31-立体视觉处理模块； 32-变焦控制模块；

33-应用处理模块；

4-转动调节机构； 41-定位架； 42-转动驱动电机；

5-壳体；

6-活动滑块； 61-驱动电机； 62-丝杆。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

另外，需要说明的是，本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种双目立体视觉处理装置100，包括：线激光器1，用于发射激光线到物体表面；相对间隔设置的两个变焦摄像头2，变焦摄像头2包括光学变焦镜头、图像传感器和变焦驱动组件，图像传感器设置于光学变焦镜头的后端，变焦驱动组件与光学变焦镜头的变焦镜片组连接，变焦摄像头2用于拍摄物体表面的激光线图像；以及，视觉处理器3，与两个变焦摄像头2连接，视觉处理器3用于处理激光线图像以得到物体的三维立体信息，并根据三维立体信息中的深度信息控制变焦驱动组件调整光学变焦镜头的焦距。

需要说明的是，本实施例中线激光器1发射的激光线可以为蓝光、绿光、红光或者近红外光。可选的，线激光器1发射的线激光为波长在440nm～490nm范围内的蓝光，例如：波长为440nm、450nm、460nm、470nm、480nm或者490nm，在此不做具体限定。当然，本实施例中线激光器1发射的线激光的波长还可以为650nm、850n或者980nm，根据实际测量需求确定。另外，线激光器1可以为一字线激光器，当然还可以为其他类型的激光器，根据实际测量需要确定，在此不做具体限定。本实施例中线激光器可与视觉处理器连接，通过视觉处理器控制线激光器的开启/关闭、设置线激光器的工作参数等等。

需要说明的是，本实施例中变焦摄像头2可以采用1.5倍、2倍、3倍、4倍或者5倍的光学变焦镜头，根据实际应用场景的尺度确定，在此不做具体限定。另外，光学变焦镜头的接口可为C接口或者CS接口。

需要说明的是，本实施例中图像传感器可以为CCD传感器或者CMOS传感器。

需要说明的是，本实施例中变焦驱动组件包括调焦环和调焦驱动电机，通过调焦驱动电机驱动调焦环转动以带动变焦镜片组移动，进而实现光学变焦镜头的焦距改变。当然，本实施例中变焦驱动组件还可以采用其他调焦结构，在此不一一举例说明。

可选的，本实用新型实施例的双目立体视觉处理装置100中变焦摄像头2的焦距为4mm～25mm，根据不同尺度的应用场景变焦摄像头的焦距可自动调整至4.5mm、6mm、8mm、12mm、16mm或者25mm。

可选的，本实用新型实施例的双目立体视觉处理装置100中图像传感器的尺寸为1/1.8英寸，当然本实施例中还可以选用其他尺寸的图像传感器，在此不一一举例说明。

在一些实施例中，参见图3和图4所示，本实用新型的双目立体视觉处理装置100还包括两个转动调节机构4，变焦摄像头2分别设置于相应的转动调节机构4上，转动调节机构4用于带动变焦摄像头2转动以调整变焦摄像头的光轴OO’与两个变焦摄像头的连线AB之间的夹角ɑ角度。本实施例中通过转动调节机构调整变焦摄像头的光轴与两个变焦摄像头的连线之间的夹角角度，进而调整两个变焦摄像头拍摄的视野重合区域的大小，以满足不同客户和不同应用场景的需求。需要说明的是，本实施例中转动调节机构4包括定位架41和转动驱动电机42，变焦摄像头2设置于定位架41上。当然本实施例中转动调节机构还可以为其他类型的转动机构，在此不一一举例说明。

可选的，本实用新型实施例中变焦摄像头2的光轴OO’与两个变焦摄像头2的连线AB之间的夹角ɑ的角度小于或等于90°，例如：夹角ɑ的角度为10°、15°、30°或者45°。

在一些实施例中，参见图5所示，本实用新型的双目立体视觉处理装置100中一个变焦摄像头2固定设置在壳体5内，另一个变焦摄像头2设置于壳体5内的活动滑块6上，活动滑块6与驱动电机61连接，驱动电机61可带动活动滑块6移动以调整两个变焦摄像头2之间的距离。本实施例中通过调节两个变焦摄像头之间的距离能够实现摄像头之间的距离(即瞳距)的调节，从而满足多种应用场景的需求。

可选的，参见图5所示，本实用新型实施例的双目立体视觉处理装置100中活动滑块6固定设置在丝杆62上，丝杆62的一端与驱动电机61相连接。

在一些实施例中，参见4所示，本实用新型的双目立体视觉处理装置100中两个变焦摄像头2之间的距离d为120mm～320mm。为了满足不同应用场景的需求，本实施例中两变焦摄像头之间的距离可以为120mm、160mm或者320mm，当然还可以为其他距离值，在此不一一举例说明。

在一些实施例中，参见图6所示，本实用新型的双目立体视觉处理装置100还包括激光线反射组件以及与激光线反射组件连接的旋转驱动组件，激光线反射组件设置于线激光器1的发射方向上，旋转驱动组件驱动激光线反射组件旋转以使反射的激光线匀速扫过物体表面。本实施例的双目立体视觉处理装置采用反射镜原理，利用旋转驱动组件驱动激光线发射组件旋转进而使得反射的激光线匀速扫过物体表面。本实施例中根据光的反射定律，入射光线保持不变，激光线反射组件旋转A°，反射光线向相同方向旋转2A°，其尺寸更小，扫描范围更广。

可选的，参见图6所示，本实用新型实施例的激光线反射组件包括反射镜托板111，反射镜托板111靠近线激光器1的一侧安装有反射镜112，另一侧设置有垂直于反射镜托板111的摆臂113，旋转驱动组件的输出轴连接摆臂113，旋转驱动组件驱动摆臂113摆动以带动反射镜112转动。需要说明的是，本实施例中线激光器1的发射口平行于摆臂113的转轴。

可选的，本实用新型实施例的摆臂113的旋转角度范围为30°～40°。

在一些实施例中，参见图6所示，本实用新型实施例的旋转驱动组件包含旋转驱动电机114和减速机；旋转驱动电机114的输出轴连接减速机的输入轴，减速电机的输出轴连接摆臂113。需要说明的是，本实施例中旋转驱动电机可为步进电机或者无刷电机，减速机可以为齿轮减速机或者蜗轮蜗杆减速机。

在一些实施例中，本实用新型的双目立体视觉处理装置100中线激光器1设置于两个变焦摄像头2之间或者线激光器1位于两个变焦摄像头2的上方/下方(参见图1所示线激光器位于两个变焦摄像头的上方)。

在一些实施例中，本实用新型的双目立体视觉处理装置100中线激光器1为照射角度可调的激光器，线激光器1的照射角度为40°-120°。为了满足不同尺度的应用场景的需求，本实施例中线激光器1的照射角度可调，线激光器1的照射角度可以为45°、60°、90°或者120°，当然还可以为其他角度值，在此不一一举例说明。

在一些实施例中，参见2所示，本实用新型的双目立体视觉处理装置100中视觉处理器3包括：立体视觉处理模块31，用于利用双目视觉处理算法处理激光线图像获得物体的三维立体信息；变焦控制模块32，用于根据三维立体信息中的深度信息控制变焦驱动组件进行调焦动作；以及，应用处理模块33，用于根据应用算法处理物体的三维立体信息并生成应用检测结果，其中应用算法为立体定位算法、物体计数算法、流量监控算法、物体测量算法或者物体表面检测算法。

本实用新型实施例的双目立体视觉处理装置集成智能化的视觉处理器，视觉处理器采用模块化设计，嵌入多种应用智能化算法，可直接在前端实现变焦控制、输出三维立体信息和应用检测结果。

另一方面，参见图7所示，本实用新型实施例还提供了一种双目立体视觉处理系统，包括上述实施例所述的双目立体视觉处理装置100、工控机200以及显示器300，双目立体视觉处理装置100通过千兆网口将三维立体信息和应用检测结果发送到工控机200，并在显示器300上显示。

本实用新型实施例的双目立体视觉处理系统包括具有终端智能特性的双目立体视觉处理装置、工控机和显示器，在双目立体视觉处理装置端生成三维立体信息和应用检测结果后可通过千兆网口给第三方系统工控机进行数据传输，在工控机上通过嵌入应用界面软件可直接在显示器上进行深度数据及结果的3D显示以及装置的参数调试。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种双目立体视觉处理装置，其特征在于，包括：

线激光器(1)，用于发射激光线到物体表面；

相对间隔设置的两个变焦摄像头(2)，所述变焦摄像头(2)包括光学变焦镜头、图像传感器和变焦驱动组件，所述图像传感器设置于所述光学变焦镜头的后端，所述变焦驱动组件与所述光学变焦镜头的变焦镜片组连接，所述变焦摄像头(2)用于拍摄所述物体表面的激光线图像；

以及，视觉处理器(3)，分别与所述线激光器(1)和两个所述变焦摄像头(2)连接，所述视觉处理器(3)用于处理所述激光线图像以得到所述物体的三维立体信息，并根据所述三维立体信息中的深度信息控制所述变焦驱动组件调整所述光学变焦镜头的焦距。

2.根据权利要求1所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，所述变焦摄像头(2)的焦距为4mm～25mm。

3.根据权利要求1所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，所述双目立体视觉处理装置(100)还包括两个转动调节机构(4)，所述变焦摄像头(2)分别设置于相应的所述转动调节机构(4)上，所述转动调节机构(4)用于带动所述变焦摄像头(2)转动以调整所述变焦摄像头(2)的光轴与两个所述变焦摄像头的连线之间的夹角角度。

4.根据权利要求1所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，一个所述变焦摄像头(2)固定设置在壳体(5)内，另一个所述变焦摄像头(2)设置于所述壳体(5)内的活动滑块(6)上，所述活动滑块(6)与驱动电机(61)连接，所述驱动电机(61)可带动所述活动滑块(6)移动以调整两个所述变焦摄像头(2)之间的距离。

5.根据权利要求4所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，两个所述变焦摄像头(2)之间的距离为120mm～320mm。

6.根据权利要求1所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，所述双目立体视觉处理装置(100)还包括激光线反射组件以及与所述激光线反射组件连接的旋转驱动组件，所述激光线反射组件设置于所述线激光器(1)的发射方向上，所述旋转驱动组件驱动所述激光线反射组件旋转以使反射的激光线匀速扫过所述物体表面。

7.根据权利要求1所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，所述线激光器(1)设置于两个所述变焦摄像头(2)之间或者所述线激光器(1)位于两个所述变焦摄像头(2)的上方或者下方。

8.根据权利要求7所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，所述线激光器(1)为照射角度可调的激光器，所述线激光器(1)的照射角度为40°～120°。

9.根据权利要求1-8任一项所述的双目立体视觉处理装置，其特征在于，所述视觉处理器(3)包括：

立体视觉处理模块(31)，用于利用双目视觉处理算法处理所述激光线图像获得所述物体的三维立体信息；

变焦控制模块(32)，用于根据所述三维立体信息中的深度信息控制所述变焦驱动组件进行调焦动作；

以及，应用处理模块(33)，用于根据应用算法处理所述物体的三维立体信息并生成应用检测结果，其中所述应用算法为立体定位算法、物体计数算法、流量监控算法、物体测量算法或者物体表面检测算法。

10.一种双目立体视觉处理系统，其特征在于，包括权利要求9所述的双目立体视觉处理装置(100)、工控机(200)以及显示器(300)，所述双目立体视觉处理装置(100)通过千兆网口将所述三维立体信息和应用检测结果发送到所述工控机(200)，并在所述显示器(300)上显示。