專利名稱：單攝像機立體視覺系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體視覺系統(tǒng)，尤其涉及一種可應(yīng)用于人臉識別的單攝像機立體視覺系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前常見的立體視覺系統(tǒng)基本上是以雙攝像機或者多攝像機為主，通過不同攝像機對同一物體不同角度的拍攝，得到幾張不同方位的圖，通過電腦處理將幾張圖處理成一個三維圖像。目前最常用的立體視覺系統(tǒng)是雙攝像機立體視覺系統(tǒng)，如圖1所示。圖1中101為兩個攝像頭，包括了透鏡組102和數(shù)字成像器件103。其中兩個攝像頭內(nèi)部的透鏡組102包含凸透鏡、凹透鏡、平凸鏡等等，在雙攝像機立體成像系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵作用，既能約束入射光又能聚焦、傳遞入射光；103為每個攝像頭內(nèi)置的數(shù)字成像器件，一般以CCD最為常見；104為入射光線。該系統(tǒng)成像的原理是由兩個透鏡同時對同一物體兩個不同角度進行圖像信息采集，通過透鏡組傳給數(shù)字成像器件，再由電腦將兩個數(shù)字成像器件中的圖像數(shù)據(jù)進行整合重建，最終的到一個三維圖像。立體視覺系統(tǒng)是目前生物識別上極其重要的工具。中國專利“CN202145259U”中所采用的是兩個攝像頭對同一物體不同方向進行采樣，雖然該方法在技術(shù)上完成了三維成像問題，但是由于兩個攝像頭前后左右難以精確固定、難以同時拍攝等問題，會造成取樣誤差、實際操作不方便，進而給成像造成誤差，因而難以保證其工作性能的穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有立體視覺系統(tǒng)在成像上的諸多問題，本發(fā)明提出構(gòu)造一種易于同步拍攝、易于固定、便于實際操作的單像機立體視覺系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種單像機立體視覺系統(tǒng)，只包含一個攝像頭。所述的攝像頭包括一個數(shù)字成像器件以及兩個完全相同的攝像透鏡組、兩個斜方棱鏡。所述兩組透鏡組之間間距固定為人眼間距；所述兩個斜方棱鏡分別位于兩透鏡組之后；所述數(shù)字成像器件位于兩個斜方棱鏡之后；所述斜方棱鏡、透鏡組、數(shù)字成像器件之間不存在傾角，均互相平行固定放置。進一步，所述的透鏡組包括兩個平凸透鏡、一個平凹透鏡，各凹凸面曲率半徑以及各曲率面間距均由計算給出，所述透鏡組的視場角控制在-10° 10°范圍之內(nèi)。要求被測物體與攝像頭保持一定距離。所述的透鏡組的結(jié)構(gòu)設(shè)計所達到的效果是所述入射光能夠很好的進入斜方棱鏡中，使盡可能少的光線溢出。所述透鏡及斜方棱鏡材料均為BK7,孔徑大小均為30mm。所述斜方棱鏡兩邊傾斜角為45°，光線可在其內(nèi)部發(fā)生全反射。所述數(shù)字成像器件，即(XD，優(yōu)選尺寸為6 8_大小，其與斜方棱鏡間距由計算給出。所述斜方棱鏡以及透鏡導(dǎo)光面均需鍍一層增透膜。所述的斜方棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計所達到的效果是充分利用所述攝像透鏡組傳遞的光線，能夠較好的實現(xiàn)兩次光路的全反射、將所述入射光線聚集到同一數(shù)字成像器件中。所述數(shù)字成像器件所達到的效果是將所述斜方棱鏡傳遞的光線記錄下來，完成對物體的采樣，以供后續(xù)圖像處理程序使用。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在攝像透鏡組及斜方棱鏡均采用同一種均勻材料制成，制作簡單、成本低；將本發(fā)明用于立體成像時，可使得對同一物體不同方向拍攝同時完成、操作方便、便于固定。

圖1是已有技術(shù)雙攝像機立體視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明單像機立體視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中攝像機透鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步描述。參照圖2 圖3，一種單像機立體視覺系統(tǒng)，包含一個數(shù)字成像器件201、兩個斜方棱鏡202、兩組成像透鏡組203和一個攝像機外殼204。所述數(shù)字成像器件、斜方棱鏡和透鏡組須同軸平行布置，且由金屬支架固定，保持固定的間距。參照圖2，所述的斜方棱鏡是一個兩邊成45°角的中心對稱式的棱鏡，為了充分利用斜方棱鏡，將其兩邊夾角設(shè)置為45°，且在通光的兩面各鍍上一層增透膜。因而可以將其等效地看成兩個等腰直角三角形的直角邊相接構(gòu)造而成，這樣就提高了材料的利用率，同時也提高了光線的利用率。所述成像透鏡組203由一個平凹透鏡303和兩個平凸透鏡302、301組成，所述的平凹透鏡303、平凸透鏡302、平凸透鏡301沿光線傳播方向同軸自左而右依次排列，所述透鏡之間互相平行，間距及厚度依計算而定。所述透鏡通光面鍍上一層增透膜，以減小光線反射損耗。參照圖3，所述平凹透鏡303為一個左平右凹的透鏡，其材料為BK7。光線自左向右通過該透鏡，其主要功能是對入射光線進行初步的整合，將視場角內(nèi)傾斜度較大的入射光整合成角度偏差不是很大的光，供后續(xù)透鏡使用。但是由于本身視場角不是很大，因此該透鏡凹面的曲率半徑會較大，這樣能給予入射光以較小的入射角調(diào)整。圖3中，所述平凸透鏡302為一個左平右凸的透鏡，其材料為BK7。該透鏡的主要功能是傳遞平凸透鏡整合后的光線，同時對光線有一定的聚焦功能，能夠更好的供平凸透鏡301使用，為了和后續(xù)平凸透鏡301相匹配，其凸面曲率半徑和平凸透鏡301凸面曲率半徑相同，該曲率半徑略小于前述平凹透鏡303的凹面曲率半徑。圖3中，所述平凹透鏡301為一個左凸右平的透鏡，其材料仍為BK7。該透鏡的主要功能是再次對前述經(jīng)過透鏡302、303處理過的光線進行聚焦優(yōu)化處理，以供后續(xù)斜方棱
鏡使用。[0028]對一種優(yōu)選的實例進行說明。參照圖2和圖3，選取透鏡材料為BK7，其折射率η=1. 517 ;取所有透鏡、斜方棱鏡通光面孔徑大小為30mm，透鏡303厚度為5. 282mm、其凹面曲率半徑為240. OOOmm,透鏡302厚度為8. 265mm、其凸面曲率半徑為70. 300mm,透鏡301厚度為19. 657mm、其凸面曲率半徑也為70. 300mm,斜方棱鏡202厚度為30mm，透鏡303與透鏡302間距為13. 432mm，透鏡302與透鏡301間距為4. 995mm，透鏡301與斜方棱鏡203間距為11. 799mm,斜方棱鏡和數(shù)字成像器件的間距為11. 468mm,視場角取-10° 10°。此時算出成像大小為5mm左右，能夠完整地呈現(xiàn)在數(shù)字成像器件中。利用zemax軟件模擬光場在該單像機立體視覺系統(tǒng)中的傳播，可以發(fā)現(xiàn)視場角為-10° 10°的光線，通過了透鏡組和斜方棱鏡 的作用之后，基本能無損耗地同時成像在一個數(shù)字成像器件上，并且得到兩個清晰而且像差較小的像。
權(quán)利要求1.單攝像機立體視覺系統(tǒng)，只包含一個攝像頭，所述的攝像頭包括一個數(shù)字成像器件以及兩套完全相同的攝像透鏡組和斜方棱鏡，所述兩組透鏡組之間間距固定為人眼間距；所述兩個斜方棱鏡分別位于兩透鏡組之后；所述數(shù)字成像器件位于兩個斜方棱鏡之后；所述斜方棱鏡、透鏡組、數(shù)字成像器件之間不存在傾角，均互相平行固定放置。
2.如權(quán)利要求1所述的單攝像機立體視覺系統(tǒng)，其特征在于透鏡組所用透鏡為兩個平凸透鏡和一個平凹透鏡，且透鏡組的視場角控制在-10° 10°范圍之內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的單攝像機立體視覺系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡及斜方棱鏡材料均為BK7，孔徑大小均為30mm。
4.如權(quán)利要求1所述的單攝像機立體視覺系統(tǒng)，其特征在于斜方棱鏡以及透鏡導(dǎo)光面均需鍍一層增透膜。
專利摘要一種單像機立體視覺系統(tǒng)，包含一個攝像頭。所述的攝像頭包括一個數(shù)字成像器件以及兩套完全相同的攝像透鏡組和斜方棱鏡。所述兩組透鏡組之間間距固定為人眼間距；所述兩個斜方棱鏡分別位于兩透鏡組之后；所述數(shù)字成像器件位于兩個斜方棱鏡之后；所述斜方棱鏡、透鏡組、數(shù)字成像器件之間不存在傾角，均互相平行固定放置。
文檔編號G02B1/11GK202904217SQ20122036012
公開日2013年4月24日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者周佳立, 顧銳銳, 胡曉明, 朱李核, 徐錫鎮(zhèn), 張明 申請人:杭州大清智能技術(shù)開發(fā)有限公司, 浙江長三角應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所