TWI535996B - 可應用於測距的立體視覺系統 - Google Patents

可應用於測距的立體視覺系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI535996B
TWI535996B TW101104286A TW101104286A TWI535996B TW I535996 B TWI535996 B TW I535996B TW 101104286 A TW101104286 A TW 101104286A TW 101104286 A TW101104286 A TW 101104286A TW I535996 B TWI535996 B TW I535996B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
camera module
camera
substrate
point
vision system
Prior art date
Application number
TW101104286A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201333425A (zh
Inventor
張仁淙
Original Assignee
鴻海精密工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 鴻海精密工業股份有限公司 filed Critical 鴻海精密工業股份有限公司
Priority to TW101104286A priority Critical patent/TWI535996B/zh
Priority to US13/527,906 priority patent/US9279676B2/en
Publication of TW201333425A publication Critical patent/TW201333425A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI535996B publication Critical patent/TWI535996B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/10—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument
    • G01C3/18—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument with one observation point at each end of the base
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • H04N7/181—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast for receiving images from a plurality of remote sources

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Description

可應用於測距的立體視覺系統
本發明涉及立體視覺系統，特別涉及一種可應用於測距的立體視覺系統。
眾所周知，人類的立體視覺源於人類左右兩眼的視差。目前，人類的視覺系統被廣泛研究並應用，例如，研究並開發應用於測距的立體視覺系統。這樣的立體視覺系統一般包括左右兩個相機，用於模擬左右眼獲取左右眼圖像，然後借助模式識別等技術在左右眼圖像中分別找到匹配點(物空間的一個目標點在左右眼圖像中的像)，得到視差(匹配點之間的位置差異)，從而得到物距(目標點到立體視覺系統的距離)。然而，由於左右兩個相機的視場有限，左右兩個相機的視場交集更加有限，而目標點需同時出現在左右兩個視場內才能在左右眼圖像中分別找到匹配點，從而獲得視差及物距，因此，目前的立體視覺系統的測量範圍比較受限制。
有鑒於此，有必要提供一種能擴大物距測量範圍的立體視覺系統。
一種應用於測距的立體視覺系統，其包括並排設置的一個第一相機及一個第二相機，該第一相機包括一個外殼、一個轉動設置於 該外殼內的相機模組、一個用於驅動該相機模組轉動的驅動裝置及一個用於測量該相機模組的轉動角度的測量裝置。該相機模組包括一個光軸，並通過一個轉軸與該外殼轉動連接。該轉軸垂直穿過該光軸。該轉動角度用於計算位於該第一相機及該第二相機的視場內的一點到該立體視覺系統的距離；該立體視覺系統還包括一個基板，該測量裝置包括一個霍爾感測器及一個計算器，該霍爾感測器包括兩個相對於該基板固定設置的磁鐵及一個設置在該兩個磁鐵之間且固定於該相機模組的霍爾元件；該霍爾元件設置於該相機模組與該基板相對的端面；該測量裝置用於測量該霍爾元件相對於該基板的位移；該計算器用於根據該霍爾元件的位移、該霍爾元件及該轉軸的座標位置計算出該相機模組的轉動角度；該立體視覺系統還包括一個模式識別裝置及一個計算裝置；該相機模組未轉動時，同時落入該第二相機及該相機模組的視場內的A點在該第二相機及該相機模組分別成像Al點及Ar點；該模式識別裝置用於識別Al點及Ar點並得到Al點到該第二相機所成的圖像的中心的距離xl及Ar點到該相機模組所成的圖像的中心的距離xr；該計算裝置用於計算da=bf(xl-xr)，其中，da為A點到該立體視覺系統的距離，b為該第二相機的光軸到該相機模組的光軸的距離，f為該第二相機及該相機模組的後焦距。
如此，可通過轉動該相機模組使該第二相機的視場內本來未落入該第一相機的視場的目標點落入該第一相機的視場內，也即是說可以使更多的目標點同時落入該第一相機及該第二相機的視場，從而能夠獲得更多的目標點在該第一相機及該第二相機成像的視差，進而能夠測量更多的目標點到該立體視覺系統的距離，也即是說，能擴大該立體視覺系統的物距測量範圍。
10，20‧‧‧立體視覺系統
11‧‧‧鏡頭
12‧‧‧影像感測器
100‧‧‧第一相機
110‧‧‧外殼
112‧‧‧收容部
120‧‧‧相機模組
130，230‧‧‧驅動裝置
132‧‧‧磁性元件
134‧‧‧第一驅動電路
136‧‧‧電磁元件
138‧‧‧配對元件
232‧‧‧彈簧
234‧‧‧壓電馬達
2342‧‧‧運動件
2344‧‧‧導筒
2346‧‧‧振動件
236‧‧‧第二驅動電路
140‧‧‧測量裝置
142‧‧‧霍爾感測器
1422‧‧‧磁鐵
1424‧‧‧霍爾元件
144‧‧‧計算器
150‧‧‧轉軸
200‧‧‧第二相機
300‧‧‧基板
400‧‧‧模式識別裝置
500‧‧‧計算裝置
圖1為本發明第一實施方式的立體視覺系統的示意圖。
圖2為圖1的立體視覺系統進行物距測量的一種示意圖。
圖3為圖1的立體視覺系統進行物距測量的另一種示意圖。
圖4為本發明第二實施方式的立體視覺系統的示意圖。
下面將結合附圖與實施例對本技術方案作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施方式的立體視覺系統10並排設置的一個第一相機100及一個第二相機200，該第一相機100包括一個外殼110、一個轉動設置於該外殼內的相機模組120、一個用於驅動該相機模組120轉動的驅動裝置130及一個用於測量該相機模組120的轉動角度的測量裝置140，該相機模組120包括一個光軸O，並通過一個轉軸150與該外殼110轉動連接。該轉軸150垂直穿過該光軸O。該轉動角度用於計算位於該相機模組120及該第二相機200的視場內的一點(請參下文)到該立體視覺系統10的距離。
具體的，該立體視覺系統10還包括一個基板300。該外殼110固定設置於該基板300上，並包括一個筒狀的收容部112。該相機模組120收容於該收容部112內，並與該基板300間隔設置，以預留空間進行轉動。
該驅動裝置130包括兩對磁性元件132及一個第一驅動電路134。每對磁性元件132至少包括一個電磁元件136及一個配對元件138。該配對元件138可以為永久磁鐵或電磁元件。該兩個配對元件138固定於該相機模組120與該基板300相對的端面上，且分別位 於該端面上垂直於該轉軸150的直徑上的兩端。該兩個電磁元件136設置於該基板300上，且分別與對應的配對元件138正對。該第一驅動電路134用於驅動該兩個電磁元件136，以使該兩對磁性元件132驅動該相機模組120轉動或靜止。例如，對該兩個電磁元件136施加不同的電壓，可以使得該兩個配對元件138受到不同的磁力作用，如此，該相機模組120位於該轉軸150的兩側將受到不同的作用力將繞該轉軸150轉動。當然，該驅動裝置130並不限於本實施方式，另外的實施方式中，每對磁性元件132的電磁元件136及配對元件138的位置可以互換。
該測量裝置140包括一個霍爾感測器142及一個計算器144，其包括兩個相對於該基板300固定設置的磁鐵1422(例如設置於該外殼110上)及一個設置在該兩個磁鐵1422之間且固定於該相機模組120的霍爾元件1424及一個計算器144。具體的，該霍爾元件1424設置於該相機模組120與該基板300相對的端面。如此，該測量裝置140可以測量該霍爾元件1424相對於該基板300的位移。該計算器144用於根據該霍爾元件1424的位移、該霍爾元件1424及該轉軸150的座標位置計算出該相機模組120的轉動角度。當然，該測量裝置140並不限於本實施方式，可以採用其他的角度測量裝置。
該第二相機200也可以固定設置於該外殼110上。
請參閱圖2，以測量A點的物距為例，由於A點同時落入該第一相機100及該第二相機200的視場fl及fr內，因此，無需轉動該相機模組120便可通過A點該第一相機100及該相機模組120成像的位置差異(即視差)，計算得到A點到該立體視覺系統10的距離(通常為 A點到該第二相機200的影像感測器12的距離，即物距)。具體的，該相機模組120與該第二相機200均包括一個鏡頭11及一個影像感測器12。每個鏡頭11均包括有光軸O(該相機模組120的鏡頭11的光軸O即該相機模組的光軸O)。A點在該第二相機200成像Al點，而在該相機模組120成像Ar點，則根據相似三角形關係可以得到A點到該立體視覺系統10的距離為：da=bf(xl-xr)。
其中，xl為點Al到該第二相機200的影像感測器12的中心的距離(即Ar到該第二相機200所成的圖像的中心的距離)，xr為點Ar到該相機模組120的影像感測器12的中心的距離(即Ar到該相機模組120所成的圖像的中心的距離)，b為該第二相機200的影像感測器12的中心到該相機模組120的影像感測器12的中心的距離(即該第一相機100的光軸O到該第二相機100的光軸O的距離)，f為該第二相機200及該相機模組120的後焦距。xl及xr可通過模式識別等技術獲得，而b及f通常可通過預先設置或者測量獲得。
因此，該立體視覺系統10可以進一步包括一個模式識別裝置400及一個計算裝置500。該模式識別裝置400用來識別Al點及Ar點並得到xl及xr。該計算裝置500用來根據上面的等式計算得到da。
當然，在其他實施方式中也可省略該模式識別裝置400及該計算裝置500，xl及xr可通過人工識別並測量得到，而計算也可通過人工實現。
請參閱圖3，對於B點，由於未落入該相機模組120的視場fr，需轉動該相機模組120進行測量。具體的，B點在該第二相機200成像B1點，因此，可以通過該模式識別裝置400獲得B1到該第二相機200的影像感測器12的中心的距離x，然後轉動該相機模組120 至B點落入該相機模組120的視場fr(該模式識別裝置400識別到B點在該相機模組120的成像Br點)，通過該測量裝置140可以得到此時該相機模組120的轉動角度為θ，如此，可通過查詢索引表的方式得到B點到該立體視覺系統10的距離db(通常為B點到該第二相機200的影像感測器12的距離)。查詢表可以通過多次試驗得到，其結構可以為：
也即是說，通過m×n次試驗，每次試驗設定索引1及索引2的數值(如(θ 1,xl))，然後測量對應的結果的資料(例如db11)，並可得到上面的索引表。由於，並非所有的θ及x都能找到對應的索引，因此，查詢過程中可採用內插法(將θ及x內插入對應的索引) 或者取整法(對θ及x取整，使取整值等於最靠近的一組索引的數值)。
具體的，可以通過該計算裝置500實現查詢動作。當然，也可以通過人工方式查詢。
如此，可通過轉動該相機模組120使該第二相機200的視場內本來未落入該第一相機100的視場的目標點落入該第一相機100的視場內，也即是說可以使更多的目標點同時落入該第一相機100及該第二相機200的視場，從而能夠獲得更多的目標點在該第一相機100及該第二相機200成像的視差，進而能夠測量更多的目標點到該立體視覺系統10的距離，也即是說，能擴大該立體視覺系統10的物距測量範圍。
請參閱圖4，本發明的第二實施方式的立體視覺系統20與該立體視覺系統10基本相同，但該立體視覺系統20的驅動裝置230包括一個彈簧232，一個壓電馬達234及一個第二驅動電路236。該彈簧232及該壓電馬達234分別設置在該相機模組120與該基板300之間，且分別位於該相機模組120與該基板相對的端面上垂直於該轉軸150的直徑上的兩端124及126。其中，該彈簧232的兩端分別連接該相機模組120及該基板300，而該壓電馬達234包括一個沿平行於該光軸O的方向設置且固定於該相機模組120的杆狀運動件2342、一個正對該運動件2342設置於該基板300上的導筒2344及一個相對於該基板300固定設置(例如固定於該導筒振動件2346)且與該運動件2342接觸的振動件2346。該第二驅動電路236用於驅動該振動件2346抓住該運動件2342伸縮，迫使該運動件2342在該導筒2344內運動或靜止，從而驅動該相機模組120轉動或靜止 。
當然，本發明的驅動裝置還不應限於此，還可以採用其他可以驅動該相機模組120繞該轉軸150轉動的裝置，例如轉動馬達。
一般地，該基板300為電路板，該第一驅動電路134可以設置於該基板300上，並通過該基板300與該兩個電磁元件136連接、通訊。該第二驅動電路236也可設置於該基板300上，並通過該基板300與該壓電馬達234連接、通訊。該計算器144也可以設置在該基板300，並通過該基板與該霍爾感測器142連接、通訊。該模式識別裝置400也設置於該基板300上，並通過該基板300與該相機模組120及該第二相機200連接、通訊。該計算裝置500也可以設置於該基板300上，並通過該基板300與該測量裝置140及該模式識別裝置400連接、通訊。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧立體視覺系統
100‧‧‧第一相機
110‧‧‧外殼
112‧‧‧收容部
120‧‧‧相機模組
130‧‧‧驅動裝置
132‧‧‧磁性元件
134‧‧‧第一驅動電路
136‧‧‧電磁元件
138‧‧‧配對元件
140‧‧‧測量裝置
142‧‧‧霍爾感測器
1422‧‧‧磁鐵
1424‧‧‧霍爾元件
144‧‧‧計算器
150‧‧‧轉軸
200‧‧‧第二相機
300‧‧‧基板
400‧‧‧模式識別裝置
500‧‧‧計算裝置

Claims (6)

  1. 一種應用於測距的立體視覺系統，其包括並排設置的一個第一相機及一個第二相機，該第一相機包括一個外殼、一個轉動設置於該外殼內的相機模組、一個用於驅動該相機模組轉動的驅動裝置及一個用於測量該相機模組的轉動角度的測量裝置，該相機模組包括一個光軸，並通過一個轉軸與該外殼轉動連接；該轉軸垂直穿過該光軸；該轉動角度用於計算位於該第一相機及該第二相機的視場內的一點到該立體視覺系統的距離；該立體視覺系統還包括一個基板，該測量裝置包括一個霍爾感測器及一個計算器，該霍爾感測器包括兩個相對於該基板固定設置的磁鐵及一個設置在該兩個磁鐵之間且固定於該相機模組的霍爾元件；該霍爾元件設置於該相機模組與該基板相對的端面；該測量裝置用於測量該霍爾元件相對於該基板的位移；該計算器用於根據該霍爾元件的位移、該霍爾元件及該轉軸的座標位置計算出該相機模組的轉動角度；該立體視覺系統還包括一個模式識別裝置及一個計算裝置；該相機模組未轉動時，同時落入該第二相機及該相機模組的視場內的A點在該第二相機及該相機模組分別成像Al點及Ar點；該模式識別裝置用於識別Al點及Ar點並得到Al點到該第二相機所成的圖像的中心的距離xl及Ar點到該相機模組所成的圖像的中心的距離xr；該計算裝置用於計算da=bf(xl-xr)，其中，da為A點到該立體視覺系統的距離，b為該第二相機的光軸到該相機模組的光軸的距離，f為該第二相機及該相機模組的後焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的立體視覺系統，其中，該外殼固定設置於該基板上；該外殼包括一個筒狀的收容部；該相機模組收容於該收容部內，並與該基板間隔設置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的立體視覺系統，其中，該驅動裝置包括兩對磁性元件及一個第一驅動電路；每對磁性元件至少包括一個電磁元件及一個配對元件；該兩個配對元件固定於該相機模組與該基板相對的端面上，且分別位於該端面上垂直於該轉軸的直徑上的兩端：該兩個電磁元件設置於該基板上，且分別與對應的配對元件正對；該第一驅動電路用於驅動該兩個電磁元件，以使該兩對磁性元件驅動該相機模組轉動或靜止。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的立體視覺系統，其中，該第一驅動電路用於對該兩個電磁元件施加不同的電壓，以使得該兩個配對元件受到不同的磁力作用。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的立體視覺系統，其中，該驅動裝置包括一個彈簧，一個壓電馬達及一個第二驅動電路；該彈簧及該壓電馬達分別設置在該相機模組與該基板之間，且分別位於該相機模組與該基板相對的端面上垂直於該轉軸的直徑上的兩端；該彈簧的兩端分別連接該相機模組及該基板；該壓電馬達包括一個沿平行於該光軸的方向設置且固定於該相機模組的杆狀運動件、一個正對該運動件設置於該基板上的導筒及一個相對於該基板固定設置且與該運動件接觸的振動件；該第二驅動電路用於驅動該振動件抓住該運動件伸縮，迫使該運動件在該導筒內運動或靜止，從而驅動該相機模組轉動或靜止。
  6. 一種應用於測距的立體視覺系統，其包括並排設置的一個第一相機及一個第二相機，該第一相機包括一個外殼、一個轉動設置於該外殼內的相機模組、一個用於驅動該相機模組轉動的驅動裝置及一個用於測量該相機模組的轉動角度的測量裝置，該相機模組包括一個光軸，並通過一個轉軸與該外殼轉動連接；該轉軸垂直穿過該光軸；該轉動角度用於計算位於該第一相機及該第二相機的視場內的一點到該立體視覺系統的距離 ；該立體視覺系統還包括一個基板，該測量裝置包括一個霍爾感測器及一個計算器，該霍爾感測器包括兩個相對於該基板固定設置的磁鐵及一個設置在該兩個磁鐵之間且固定於該相機模組的霍爾元件；該霍爾元件設置於該相機模組與該基板相對的端面；該測量裝置用於測量該霍爾元件相對於該基板的位移；該計算器用於根據該霍爾元件的位移、該霍爾元件及該轉軸的座標位置計算出該相機模組的轉動角度；該立體視覺系統還包括一個模式識別裝置及一個計算裝置；落入該第二相機的視場內而未落入該相機模組的視場內的B點在該第二相機成像B1點，該模式識別裝置用於識別獲得B1並得到B1點該第二相機所成的圖像的中心距離x，並用於識別該相機模組轉動後B點在該相機模組的成像Br點；該計算裝置用於根據x及該測量裝置得到的B點進入該相機模組時該相機模組的轉動角度θ查詢一個索引表得到B點到該立體視覺系統的距離。
TW101104286A 2012-02-10 2012-02-10 可應用於測距的立體視覺系統 TWI535996B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101104286A TWI535996B (zh) 2012-02-10 2012-02-10 可應用於測距的立體視覺系統
US13/527,906 US9279676B2 (en) 2012-02-10 2012-06-20 Parallax based distance measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101104286A TWI535996B (zh) 2012-02-10 2012-02-10 可應用於測距的立體視覺系統

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201333425A TW201333425A (zh) 2013-08-16
TWI535996B true TWI535996B (zh) 2016-06-01

Family

ID=48945268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101104286A TWI535996B (zh) 2012-02-10 2012-02-10 可應用於測距的立體視覺系統

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9279676B2 (zh)
TW (1) TWI535996B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105627995B (zh) * 2016-03-31 2018-03-23 京东方科技集团股份有限公司 摄像装置、转动装置、测距装置、测距系统和测距方法
CN109741393B (zh) * 2018-12-04 2023-06-09 上海大学 双孢菇直径测量和中心点定位方法
US11060864B1 (en) * 2019-01-22 2021-07-13 Tp Lab, Inc. Controller for measuring distance from reference location and real size of object using a plurality of cameras
CN110493514B (zh) * 2019-08-07 2021-07-16 Oppo广东移动通信有限公司 图像处理方法、存储介质及电子设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6141034A (en) * 1995-12-15 2000-10-31 Immersive Media Co. Immersive imaging method and apparatus
JP4428761B2 (ja) * 1999-07-07 2010-03-10 Ｈｏｙａ株式会社 ステレオカメラ
US7538326B2 (en) * 2004-12-03 2009-05-26 Fluke Corporation Visible light and IR combined image camera with a laser pointer
JP5229726B2 (ja) 2008-08-20 2013-07-03 国立大学法人東京工業大学 遠距離視標探査カメラシステム
TW201028647A (en) 2009-01-22 2010-08-01 Univ Chia Nan Pharm & Science Distance measuring system for simulating human head images

Also Published As

Publication number Publication date
US20130208108A1 (en) 2013-08-15
US9279676B2 (en) 2016-03-08
TW201333425A (zh) 2013-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3068659A1 (en) Augmented reality displays with active alignment and corresponding methods
JP2018528388A5 (zh)
CN107346425B (zh) 一种三维纹理照相系统、标定方法及成像方法
CN108267299B (zh) Ar眼镜瞳距测试方法及装置
IL300120A (en) Device, system and method for determining one or more optical parameters of a lens
CN102243432A (zh) 全景立体摄像装置
TWI535996B (zh) 可應用於測距的立體視覺系統
CN109285189B (zh) 一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法
EP2779091A1 (en) Automatic stereoscopic camera calibration
CN109668509A (zh) 基于双棱镜单摄像机三维测量工业内窥镜系统及测量方法
Patel et al. Distance measurement system using binocular stereo vision approach
CN105301279B (zh) 一种基于摄像头的速度测量方法、装置及移动终端
CN204302657U (zh) 一种利用单个摄像机实现双目视觉三维成像的装置
CN111998834A (zh) 一种裂缝监测方法及系统
CN103256917B (zh) 可应用于测距的立体视觉系统
KR20140135416A (ko) 스테레오 카메라
TWI442167B (zh) 以圓周運動擷取影像的多影像擷取裝置
CN205748356U (zh) 一种拍摄装置和测距系统
CN108844486B (zh) 一种定像距双目仿生三维测量仪器
CN108413941A (zh) 一种基于廉价双目相机的简易高效测距方法
CN207677838U (zh) 一种单工业相机多路同步拍照模组
CN106052581B (zh) 测量物体的几何维度的方法及系统
Zhao et al. Prism-based single-camera system for stereo display
Li et al. Position Measurement Based on Fisheye Imaging
CN220493058U (zh) 3d相机精度测试装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees