TW448340B - Single-lens instantaneous three-dimensional image taking apparatus - Google Patents

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Description

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五、發明說明（1) 【創作之應用領域j 應用於 本創作ίτ、為—種單鏡頭瞬間三次元取像裝置 數位取像裝置。 【創作背景】 / 如第I圖」所示，一般取得物體4之立體影像的方式 係為^用一台照相機1 、2同時從不同的角度取像，並以第 三台照相機3做對應貼圖影像的拍攝（如「第丨圖」令所示 之兩兩虛線範圍，即為各個照相機1、2、3所能夠攝得之 物肢_4角度）’經過影像對應（丨爪以^ correlation ;將兩台 照相機1、2拍攝所得平面影像重複的區域互相對應，使各 影像所攝得物體4之同一點能相對應）處理及三角重建 (triangulation reconstruction.)，以得到原物4 立體的 資訊。此外，有些系統是利用主動光源製造特殊的投影花 樣（projection pattern)取代前述之照相機2，並經特殊 的解碼方法取得物體4之立體資訊，又有些是以雷射掃描 (laser scanning)的方式逐步移動取像，以取得三次元資
而當要紀錄物體4表面的顏色時，則前揭之照相機3需 改為使用彩色相機取像，並做彩色的對應貼圖（co I or texture mapping)，以得到具有物體4顏色的影像。 前揭之技術在取得彩色三次元資料時’皆需要透過多 重複雜的硬體系統和演算法，並無法同時達到「輕便」、 「彩色」以及「瞬間」的三次元精確形狀糊取。 【創作之目的及概述】
4483 4 〇 五、發明說明（2) 本創作的主要目的即為提供一種單鏡頭瞬間三次元取 像裝置，以快速擷取三次元精確形狀及其色彩資料。 本創作所揭露的單鏡頭瞬間三次元取像裝置包括有設 置於其内部且排列成一直線的鏡頭、光圈盤和單感測器， 其中光圈盤開設有三個角座標不同且偏離光軸 (off-optical-axis)的光圈（aperture)，以供光線通過， 當使用時，光線先經過鏡頭，接著通過光圈盤之三個光 圈，因而可將從三個光圈（不同視角）而來的影像投射到感 測器，取得三個不同角度的影像，而後再利用主動或是被 動的影像對應技術（image correlation)，得到精確的三 次元量測資料（3 D r a n g e i m a g e)。 為使對本創作的目的、構造特徵及其功能有進一步的 了解，茲配合圖示詳細說明如下： 【實施例詳細說明】 如「第2圖」所示，根據本創作所揭露的單鏡頭瞬間 三次元取像裝置，包括有設置於其内部且排列成一直線的 鏡頭11、光圈盤1 2和單感測器1 3，其中光圈盤1 2開設有三 個角座標不同且偏離光轴（〇ff-〇ptical - axis)的光圈 (aperture)121、122、123，以供光線通過，而單感測器 13則可為矩陣式的電荷耗合設備（Charge-Coupled Device ; CCD)或是矩陣式的互補金屬氧化物半導體感測器 (Complementary Metal-〇xide Semiconductor sensor ; CMOS sensor) ’且其係利用投射於其上的訊息，將對光的 敏感度轉換為影像資料儲存。計算立體資訊時只需知道光
4483 4 Ο 五、發明說明（3) 圈1 2 1、1 2 2、1 2 3間的距離，而不同於以往需要精確的量 測出各鏡頭之間的距離，使得操作時更加簡便。 當使用時，光線2 0先經過鏡頭11，接著通過光圈盤1 2 之三個光圈121、122、123，因而可將從不同視角而來的 影像投射到感測器1 3，取得三個不同角度的影像，而後再 利用主動或是被動的影像對應技術（i m a g e correlation) ’得到精確的三次元量測資料（3d range i mage )，也就是說只要實像並不成形於數位取像裝置的焦 點平面（focal plane) ’則其投影於感測器13之影像就會 隨著偏心光圈位置的不同而產生視差（disparity)，並利 用此視差透過三角重建之技術的運算，得到影像在三次元 座標系t的座標。 如「第3圖」所示’另一的實施例為裝設不同色彩的 濾光片124、125、126(如紅、綠、藍三色濾光片；Rgb filter)於前揭之光圏121、122、123處，因此可得到彩色 的影像，而在經過色彩分離（color separation)後，同才产 可得到經由不同角度觀看到的影像，再透過感測器丨3所得 的光亮度（intensity) ’得到單一色彩在某一位置的強 度，將此位置的所有色彩資訊整合後，就能得到所對應、的 三次元座標之色彩’而不同於以往係刺用位置的對鹿彳导到 物體的顏色，所以容易得到錯誤的顏色。 如「第4圖」所示，又一實施例為將前揭光圈丨2 i、 !22、123之位置更改’也就是三者的位置可為整個光圈般 1 2範圍内的三個任意位置，而光圈盤亦可加以旋轉或是$
第6頁 ^48340 五、發明說明（4) 移，以增加三次元資料的精確度。 【達成之功效】 根據本創作所揭露之單鏡頭瞬間三次元取像裝置，其 可達下列功效： 1 .具有同時紀錄一物體三個視角的影像，所以可擷取 物體的三次元精確形狀。 2. 只需使用到單一鏡頭，不同於以往需要使用到二個 以上的鏡頭，所以可說是十分輕便，而且也不需花費時間 於照相機架設的調校。 3. 於光圈處裝設彩色濾片，方便不同視角影像之分 離，並可得到彩色的資訊。 4. 使用時只需按下一次按鍵，就可以於瞬間得到所需 的三次元影像。 以上所述者，僅為本創作其中的較佳實施例而已，並 非用來限定本創作的實施範圍；即凡依本創作申請專利範 圍所作的均等變化與修飾，皆為本創作專利範圍所涵蓋。
4483 4 0 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1圖為習知技術之照相機與物體於取像時兩者的相關位 置圖。 第2圖為本創作之構造圖。 第3圖為本創作之光圈裝設彩色濾光片後之構造圖。 第4圖為本創作另一光圏位置的示意圖。 【圖式符號說明】 照相機 1、2、3 物體 4 鏡頭 11 光圈盤 12 光圈 121 、 122 、 123 濾光 >1 1 2 4、1 2 5、1 2 6 單感測器 13

Claims (1)

  1. 4483 4 Ο 六、申請專利範圍 【申請專利範圍】 1. —種單鏡頭瞬間三次元取像裝置，應用於數位取像裝 置，該取像裝置包括有： 一鏡頭，用以擷取一物體瞬間的光線； —光圈盤，對應於該鏡頭，並開設有三個角座標不 同且偏離光軸的光圈，供該光線通過；以及 一感測器，對應於該光圈盤，供該光線通過該光圈 盤後，利用其對光的敏感度，將光線轉換為影像資料儲 存。 2. 如申請專利範圍第1項所述單鏡頭瞬間三次元取像裝 置，其中該些光圈之間的圓周角相等。 3. 如申請專利範圍第1項所述單鏡頭瞬間三次元取像裝 置，其中該些光圈之間的圓周角有差別。 4. 如申請專利範圍第1項所述單鏡頭瞬間三次元取像裝 置，其中該些光圈裝設有色彩差距的濾光片。 5. 如申請專利範圍第1項所述單鏡頭瞬間三次元取像裝 置，其中該些濾光片係為紅、綠、藍三色的濾光片。 6. 如申請專利範圍第1項所述單鏡頭瞬間三次元取像裝 置，其中該感測器係為一電荷搞合設備（C C D )。 7. 如申請專利範圍第1項所述單鏡頭瞬間三次元取像裝 置，其中該感測器係為一CMOS sensor(Complementary Metal -Oxide Semiconductor sensor) °
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