CN219555080U - 用于目标点图像采集的摄像机阵列 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种图像采集设备，具体设计一种用于目标点图像采集的摄像机阵列，所述摄像机阵列包括吊装在目标点运动空间顶部的中央轴，所述中央轴向外延伸并固定有至少四个连接杆，所述连接杆位于所述中央轴外轴面的不同方位，各所述连接杆的外端部安装有摄像机，其中，所述摄像机的摄像机镜头朝下倾斜拍摄所述目标点。本实用新型所提高的一种用于目标点图像采集的摄像机阵列，具有系统易实施、系统复杂度低、可靠性高、测量覆盖面广的优点。

Description

用于目标点图像采集的摄像机阵列

技术领域

本申请属于图像采集领域，具体涉及一种用于目标点图像采集的摄像机阵列。

背景技术

利用人工智能和机器视觉技术对目标物体进行三维定位是应用潜力巨大的新兴技术。通过对标靶上独特设计的标识图的识别进而实现对目标的识别，较之其他技术有着更高的可靠度、精确度、更快速的响应速度、更广泛的应用空间，以及更低的实施成本。标识图的设计与识别应用了业界成熟的图像灰度阈值、对称性、Haar、形态学、拓扑特性等基础技术，配合摄像机阵列与即时定位与地图构建(SLAM)等技术，实现了对运动中目标的三维坐标与位移进行高精度测量。

现有的坐标与位移测量技术有：拉线位移计技术、惯性传感器、双目测距技术、TOF测距技术、贴反光球红外定位技术等。其中，拉线位移计及惯性传感器技术为不涉及光学的传统测量法。拉线位移计测量的位移维度有限，同时由于拉线受力，会在一定程度上改变目标的自身受力和运动状况，甚至会在运动中损伤拉线计。惯性传感器的测量精度有限，并且测量误差会随着时间的增加而大幅增加。双目测距技术要覆盖同样的面积，需要两倍数量的摄像机和两倍的数据处理量，而且依然需要在目标上贴标识或在图像操作界面上选取和识别特征点，复杂度较高。TOF测距技术也存在精度、测量范围、操作图形界面等问题，而且需要在常规的摄像机之外额外增加TOF摄像机。贴反光球红外定位技术需要红外光发射器和接收器，同时需要设计和制作反光球组合支架，成本较高。

目前，市面上尚没有出现一种专用于运动中目标点的机器或设备，如何设计出一种系统复杂度低且可靠度高的能够测量目标点坐标及位移的摄像机，是目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种系统复杂度低且可靠性高的用于目标点图像采集的摄像机阵列。

本申请所公开的一种用于目标点图像采集的摄像机阵列，包括吊装在目标点运动空间顶部的中央轴，所述中央轴向外延伸并固定有至少四个连接杆，所述连接杆位于所述中央轴外轴面的不同方位，各所述连接杆的外端部安装有摄像机，其中，所述摄像机的摄像机镜头朝下倾斜拍摄所述目标点。

进一步地，各个相邻的所述连接杆之间还固定连接有刚性件。

进一步地，所述中央轴与所述连接杆之间还固定连接有斜支撑杆。

进一步地，所述连接杆连接于所述中央轴底部的外轴面，所述斜支撑杆与连接杆的连接点位于连接杆的中中部与外端部之间的位置。

进一步地，所述刚性件为至少两组，其中一组设置于各连接杆的外端部，另外一组设置于连接杆的中部或靠近中部的位置。

进一步地，多个所述摄像机在所述摄像机阵列运动中保持位姿相对不变。

进一步地，所述摄像机与连接杆之间为可拆卸连接。

进一步地，各个相邻的所述摄像机的镜头视野需存在至少20％的重叠区域作为公共视野。

进一步地，所述摄像机为七组，对应的所述连接杆为七个。

进一步地，所述连接杆、刚性件和斜支撑杆均为金属材质。

采用本申请所提供的一种用于目标点图像采集的摄像机阵列，具有如下技术效果：

1、与传统的双目测距法、Tof测距法、红外反光球等光学测量方式比，在测量目标点在大范围运动情况下的坐标时，使用本申请的摄像机阵列结构大大节省了设备、减少了数据采集量、降低了系统复杂性和实施成本。

2.本申请在设计摄像机阵列时非常灵活，可依据带测定目标点的运动范围扩展摄像机的数目或更换摄像机和镜头的型号，经多摄像机联合标定后，可覆盖灵活多变的测量范围，还可以换用高帧率摄像机，用以进行高速运动的目标点的高精度坐标计算。

3.本申请的摄像机阵列为刚性组合，摄像机阵列可置于运动空间内，其本身的运动对测量结果无影响。

4.本申请的目标点在受测范围内可无限制运动，仅需要求所固定的标识图和摄像机阵列之间不被遮挡，受测目标点的数目可通过增加设计标识图的种类进一步提升。

附图说明

图1为本实施例中的摄像机阵列的结构示意图一。

图2为本实施例中的摄像机阵列的结构示意图二。

图3为本实施例中的摄像机阵列的结构示意图三。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本说明书中所引用的如“前”、“、后”、“左”、“右”、“中间”、“纵向”、“横向”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，亦仅为了便于简化叙述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1～图3所示，本申请的一实施例公开了一种用于目标点图像采集的摄像机阵列，其包括吊装在目标点运动空间的顶部的中央轴4，中央轴4大致呈圆柱状，中央轴4用于支撑作用，保证摄像机阵列整体结构的刚性，中央轴不可旋转，其顶部被固定在墙面或其它支撑面上，中央轴4向外延伸并固定有至少四个连接杆2，各连接杆2位于中央轴4外轴面的不同方位，比如东南西北四个方向，连接杆2连接于所述中央轴4底部的外轴面，并且都是水平方向上布设，各所述连接杆2的外端部安装有摄像机1，摄像机1的摄像机镜头略微朝下倾斜以拍摄带有标识图的目标点，此处的目标点可以是人物，连接杆2下方的摄像机1所能拍摄的区域为目标点的移动空间。本实施例中，摄像机1为环绕中央轴4间隔设置的七组，对应的连接杆2为七个。其模拟的应用场景为吊装于一个3.5米长，3.5米宽，2.7米高的地震模拟房间内的天花板上,用于测量不同目标物相对于房间地板的相对位移，而选取的七个摄像机安装于本摄像机阵列上，其叠加视野刚好能够覆盖3.5米长、3.5米宽、1.5米高以内空间中的目标。

各摄像机1从不同方向拍摄目标点，以尽可能获取目标点在各个运动方向及位置的图像，多个摄像机1围合形成一个近似的圆形或者多边形，并可绕中央轴4转动，多台摄像机1构成的摄像机阵列采集到目标点的图像数据并存储，各台所述摄像机1事先完成了单摄像机标定和多摄像机联合标定。

各台所述摄像机1的镜头均指向所述目标点正在运动的方位以及可能即将运动到的方位，各所述摄像机1的镜头视野相叠加后的区域为目标点运动的范围。通过中央轴4吊装的方式，目标点位于摄像机阵列构成的结构框架下方，目标点区域所在的范围为各所述摄像机1的镜头视角(FOV)相叠加后的区域，比如此处可以是以摄像机1阵列的圆心为球心的一个大致的半球形区域。摄像机阵列本身可以在无规则运动中测量多个目标点间的相对运动坐标及位移、旋转角度等物理量，测量覆盖面广。同时摄像机1阵列的设计充分考虑到目标点的运动范围，使得运动目标点将在摄像机阵列中任意一台(至少一台)摄像机1的视野之内。

其中，至少各相邻所述摄像机1之间的视场存在两两重合，一个优选的方式为，相邻的所述摄像机1的镜头视野需存在至少20％(比如30～50％间)的重叠区域作为公共视野，用于多摄像机1的联合标定。

当摄像机1在外部环境发生变化，比如吊装在地震平台的实验屋，当实验物发生运动时，连接杆2可能存在抖动的情况，为了保持多个摄像机1在所述摄像机阵列运动中的位姿相对不变，故本申请在各个相邻的连接杆2之间还固定连接有刚性件3，其中，刚性件3为至少两组，其中一组设置于各连接杆2的外端部，另外一组设置于连接杆2的中部或靠近中部的位置，本实施例中，刚性件3设置有三组，使得各连接杆2连接的更牢固，运动起来，更稳定，不易晃动或抖动。

进一步地，所述中央轴4与所述连接杆2之间还固定连接有斜支撑杆5，斜支撑杆5与连接杆2的连接点位于连接杆2的中部与外端部之间的某位置，由于最边侧的连接杆2及摄像头距离中央轴4距离远，故将斜支撑杆5与连接杆2的连接部设置在偏向连接杆2端部某位置，使得连接杆2更稳固，连接的摄像机1在运动过程中更稳定。由于本实施例中各摄像机1构成一个环绕的多边形，是在一个平面中，而平面结构在竖向方向上受力具有不稳定的特性，此处中央轴4，以及连接中央轴4与连接杆2的斜支撑杆5解决了竖向方向上的稳固度和刚性。此外，通过设计的连接杆2和斜支撑杆5结构，使得各台所述摄像机1装配到摄像机阵列上后，摄像机1阵列在运动空间中自身也会存在运动情况，摄像机阵列在结构上严格保持各摄像机1间的相对位姿不变。

本实施例中，连接杆2、刚性件3和斜支撑杆5均为硬度较大的金属材质，比如铁、不锈钢、铝合金等，保证了刚性。

本实施例中，摄像机1与连接杆2之间为可拆卸连接。具体的，在连接杆2的外端部焊接有L型固定板6，固定板6中开设有螺钉孔，摄像机1尾部被封装在一个中空的矩形框内，L型固定板6的侧板与矩形框通过螺钉紧固连接，当需要更换不同像素的摄像机1或者调整摄像机1的镜头朝向角度时，拧松螺钉进行更换或者调整角度即可。

当然，本领域技术人员应当能够理解的是，摄像机阵列中摄像机的数量、摄像机镜头焦距等摄像机内参、每台摄像机在摄像机阵列中的位置和角度等参数，均可根据具体场景进行调整，或者选取不同的型号，是由测量覆盖区域的大小、摄像机与测量目标点的距离等因素决定，可参考公式FOV(宽or高)＝工作距离x感应尺寸(宽or高)/焦距。上述参数一经确认，需在测量中保持恒定。设计摄像机阵列中自身保持足够的刚性，也是确保每台摄像机在摄像机阵列中的相对位置和相对角度等参数恒定不变。

摄像机阵列在组装完成后需进行多摄像机联合标定，方可用于测量。具体的，先对每个摄像机进行独立标定，即对其投影机和摄像机进行标定，获取投影机和摄像机的内参；然后，再对相邻(上下相邻+左右相邻)摄像机进行两两标定，即多摄像机联合标定，获取摄像机间位姿参数。

与传统的双目测距法、Tof测距法、红外反光球等光学测量方式比，本实用新型的实施例使用刚性连接的摄像机阵列来采集人体的图像，大大的节省了设备、减少数据采集量、降低系统复杂性和实施成本。摄像机阵列为刚性组合，摄像机本身受到震动对测量结果无影响。此外，本申请在设计摄像机阵列时非常灵活，可依据带测定目标点的运动范围扩展摄像机的数目或更换摄像机和镜头的型号，经多摄像机联合标定后，可覆盖灵活多变的测量范围，还可以灵活换用高帧率摄像机，用以进行高速运动的目标点的高精度坐标计算。

当采用本申请结构中的多台摄像机构成的摄像机阵列采集目标点的图像数据后，采用目标识别算法识别出固定在所述目标点上的标识图，以此识别目标点，并计算所述标识图的四个角点的像素坐标；最后根据所述角点的像素坐标计算各角点在世界坐标系下的三维坐标，以此求得所述目标点在世界坐标系中包含三维坐标及相对位移在内的相关物理量。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于目标点图像采集的摄像机阵列，其特征在于：所述摄像机阵列包括吊装在目标点运动空间顶部的中央轴，所述中央轴向外延伸并固定有至少四个连接杆，所述连接杆位于所述中央轴外轴面的不同方位，各所述连接杆的外端部安装有摄像机，其中，所述摄像机的摄像机镜头朝下倾斜拍摄所述目标点。

2.根据权利要求1所述的摄像机阵列，其特征在于：各个相邻的所述连接杆之间还固定连接有刚性件。

3.根据权利要求1或2所述的摄像机阵列，其特征在于：所述中央轴与所述连接杆之间还固定连接有斜支撑杆。

4.根据权利要求3所述的摄像机阵列，其特征在于：所述连接杆连接于所述中央轴底部的外轴面，所述斜支撑杆与连接杆的连接点位于连接杆的中中部与外端部之间的位置。

5.根据权利要求2所述的摄像机阵列，其特征在于：所述刚性件为至少两组，其中一组设置于各连接杆的外端部，另外一组设置于连接杆的中部或靠近中部的位置。

6.根据权利要求1或2所述的摄像机阵列，其特征在于：多个所述摄像机在所述摄像机阵列运动中保持位姿相对不变。

7.根据权利要求1或2所述的摄像机阵列，其特征在于：所述摄像机与连接杆之间为可拆卸连接。

8.根据权利要求1或2所述的摄像机阵列，其特征在于：各个相邻的所述摄像机的镜头视野需存在至少20％的重叠区域作为公共视野。

9.根据权利要求1所述的摄像机阵列，其特征在于：所述摄像机为七组，对应的所述连接杆为七个。

10.根据权利要求1或9所述的摄像机阵列，其特征在于：所述连接杆、刚性件和斜支撑杆均为金属材质。