本發(fā)明涉及導航和避障系統(tǒng)，更具體地說是指立體慣性攝像系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)有的機器人和無人機的導航避障、盲人自動導盲避障的設備以及頭戴式設備的定位跟蹤中采用的是攝像的方式來實現(xiàn)的。

目前攝像的方式包括立體相機、單獨相機和imu組成的傳感器。其中，立體相機是用于深度檢測以及障礙物檢測，但是沒有配備imu，輸出信息受到圖像幀率限制，在圖像特征點少的情況下無法穩(wěn)定輸出結構；另外，單獨相機和imu組成的傳感器可以獲取找以及運動數(shù)據(jù)，但是因為只有一個相機拍攝，無法準確獲取場景中的深度信息，使其在使用過程中無法提供準確的場景三維信息，也無法做到準確的三維定位。

因此，有必要設計一種立體慣性攝像系統(tǒng)，實現(xiàn)雙目拍攝，獲取準確的場景三維信息。結合imu，通過imu輸出高幀率信息，在圖像信息不穩(wěn)定時利用imu輸出穩(wěn)定的定位數(shù)據(jù)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供立體慣性攝像系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：立體慣性攝像系統(tǒng)，包括至少一個電路板、微控制器以及兩個照相機，兩個所述照相機以及所述imu分別與所述微控制器連接。

其進一步技術方案為：所述電路板的個數(shù)為兩個，其中一個所述電路板上設有所述照相機以及所述imu，另一個所述電路板上設有所述照相機，兩個所述電路板通過數(shù)據(jù)線連接。

其進一步技術方案為：所述電路板的個數(shù)為三個，其中兩個所述電路板上設有所述照相機，另一個所述電路板上設有所述imu，三個所述電路板通過數(shù)據(jù)線連接。

其進一步技術方案為：所述電路板的個數(shù)為一個，所述微控制器位于所述電路板上。

其進一步技術方案為：兩個所述照相機以及所述imu分別設置在所述電路板上。

其進一步技術方案為：所述imu所在的電路板上連接有輸出數(shù)據(jù)線，所述輸出數(shù)據(jù)線用于輸出照相機的圖像信息以及imu數(shù)據(jù)。

其進一步技術方案為：所述照相機包括感光芯片以及鏡頭，所述感光芯片為全球快門相機或者滾動快門相機。

其進一步技術方案為：所述鏡頭為光學鏡頭。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：本發(fā)明的立體慣性攝像機系統(tǒng)，通過設置imu以及至少兩個照相機，通過電路板之間的連接，將各個照相機的數(shù)據(jù)集合在同一電路板上，由該電路板上的輸出數(shù)據(jù)線輸出，imu數(shù)據(jù)以及至少兩個照相機的圖像組成的立體圖像數(shù)據(jù)作為位置測算的數(shù)據(jù)，減少定位誤差，實現(xiàn)雙目拍攝，獲取準確的場景三維信息，結合imu，通過imu輸出高幀率信息，在圖像信息不穩(wěn)定時利用imu輸出穩(wěn)定的定位數(shù)據(jù)。

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施例一提供的立體慣性攝像系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實施例二提供的立體慣性攝像系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實施例三提供的立體慣性攝像系統(tǒng)的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實施例四提供的立體慣性攝像系統(tǒng)的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明具體實施例五提供的立體慣性攝像系統(tǒng)的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明具體實施例六提供的立體慣性攝像系統(tǒng)的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明具體實施例七提供的立體慣性攝像系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

為了更充分理解本發(fā)明的技術內(nèi)容，下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案進一步介紹和說明，但不局限于此。

如圖1至圖7所示的具體實施例，本實施例提供的立體慣性攝像系統(tǒng)，可以運用在機器人和無人機的導航避障過程中，還可以運用在頭戴式設備的定位跟蹤，實現(xiàn)雙目拍攝，獲取準確的場景三維信息。結合imu3，通過imu3輸出高幀率信息，在圖像信息不穩(wěn)定時利用imu3輸出穩(wěn)定的定位數(shù)據(jù)。

立體慣性攝像系統(tǒng)，包括至少一個電路板1、微控制器以及兩個照相機2，兩個所述照相機2以及所述imu3分別與所述微控制器5連接。

微控制器產(chǎn)生時鐘信號，連接到所有照相機和imu上。

上述的imu3為慣性測量單元，是測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。

陀螺儀及加速度計是imu3的主要元件，其精度直接影響到慣性系統(tǒng)的精度。為了提高可靠性，還可以為每個軸配備更多的傳感器。

一般情況，一個imu3包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺儀，加速度計檢測物體在載體坐標系統(tǒng)獨立三軸的加速度信號，而陀螺儀檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。

一個imu3由三個加速度傳感器與三個角速度傳感器(陀螺儀)組成，加速度計用來感受物體相對于地垂線的加速度分量，速度傳感器用來感受物體的角度信息，a/d轉換器采用imu3各傳感器的模擬變量，轉換為數(shù)字信息后經(jīng)過cpu計算后最后輸出物體俯仰角度、傾斜角度與側滑角度，

上述的imu3內(nèi)的數(shù)據(jù)的時間戳與同一電路板1上的照相機2的時間戳是可比的，該照相機2的數(shù)據(jù)以及imu3輸出的數(shù)據(jù)的時間戳都來自imu3所在的電路板1的時鐘，由于電路板1之間相互連接，因此所有數(shù)據(jù)的時間都是同步的。

在本實施例中，電路板1的個數(shù)為兩個。所述電路板1的個數(shù)為兩個，其中一個所述電路板1上設有所述照相機2以及所述imu3，另一個所述電路板1上設有所述照相機2，兩個所述電路板1通過數(shù)據(jù)線連接。

在本實施例中，上述的微控制器4位于所述電路板1之外。

于其他實施例，如圖2所示，上述的微控制器4可以與imu同在一個電路板1上。

于其他實施例，如圖3所示，上述的電路板1的個數(shù)可以為一個，這時，兩個照相機2單獨設置在電路板1之外，通過切換元件，切換單目拍攝或者雙目拍攝，且微控制器4與imu同在一個電路板1上。

于其他實施例，如圖4所示，上述的微控制器4位于所述電路板1之外。于其他實施例，上述的電路板1的個數(shù)可以為兩個以上，其中一個電路板1上設置照相機2以及imu3，其余的所有電路板1上均設置照相機2，imu3測量三軸速度、加速度以及其他信息，照相機2拍攝圖像，獲取圖像信息，多個照相機2拍攝可以做深度檢測，并且可以將定位的更新頻率大幅度提高，如圖5所示，電路板1的個數(shù)為三個，其中兩個所述電路板1上設有所述照相機，另一個所述電路板1上設有所述imu3，三個所述電路板1通過數(shù)據(jù)線連接；且微控制器4與imu同在一個電路板1上，當然，上述的微控制器4也可以位于所述電路板1之外。

于其他實施例，如圖6所示，電路板1的個數(shù)為一個，微控制器4位于電路板1上。

于其他實施例，如圖7所示，兩個所述照相機2以及所述imu3分別設置在所述電路板1上。

將與imu3位于不同電路板1上的照相機2與其余傳感器分開，可以更加容易的調節(jié)兩個照相機2在應用中的物理位置，例如，頭戴式設備上的兩個照相機2的距離為6cm，在機器人上的兩個照相機2的距離可以為20cm，兩個照相機2之間的距離可以依據(jù)實際情況而定。

更進一步的，imu3所在的電路板1上連接有輸出數(shù)據(jù)線4，所述輸出數(shù)據(jù)線4用于輸出照相機2的圖像信息以及imu3數(shù)據(jù)。其中的imu3數(shù)據(jù)包括陀螺儀、加速度計、電子羅盤以及氣壓計的數(shù)據(jù)，輸出的imu3數(shù)據(jù)以及圖像信息會輸出至計算平臺進行計算，獲取位置信息，及時測算三維空間的坐標以及角度，并且測算周圍環(huán)境物體存在的三維坐標，達到機器人以及無人機的導航和避障效果，通過將這些信息以語音播報的形式實時反饋給盲人，達到自動導盲避障的效果。

上述所測算的三維空間的坐標以及角度、周圍環(huán)境物體存在的三維坐標，還可以依附在頭戴式虛擬現(xiàn)實設備，進行空間定位，將虛擬物體以符合周圍環(huán)境的方式呈現(xiàn)在設備上。

所述照相機2包括感光芯片以及鏡頭，所述感光芯片為全球快門相機或者滾動快門相機。

上述的感光芯片可以為單色，可以為彩色。

另外，鏡頭為光學鏡頭。

可以安裝紅外濾光片，也可以不安裝紅外濾光片。

當具備imu3以及照相機2的電路板1與其他的電路板1之間斷開連接時，可以將具備imu3以及照相機2的電路板1作為單目慣性傳感器，應用在低成本或者小面積的場景使用，使用方便。

在本實施例中，相鄰的電路板1之間通過數(shù)據(jù)線連接。

于其他實施例，相鄰的電路板1之間也可以通過無線通信方式連接。

上述的立體慣性攝像系統(tǒng)和立體相機相比，由于結合了imu3，imu3數(shù)據(jù)也可以作為位置測算的數(shù)據(jù)之一，進行三維空間定位時，可以獲取更小的定位誤差，減少至少50％；相對于單目相機和imu3組成的單目慣性傳感器相比，由于設置了至少兩個照相機2，因此，可以進行靜止狀態(tài)下的障礙物的三維檢測，另外，由于兩個照相機2拍攝的圖像，可以組成立體的圖像數(shù)據(jù)，該立體的圖像數(shù)據(jù)可以作為位置測算的數(shù)據(jù)之一，從而減少定位誤差。

上述的立體慣性攝像機系統(tǒng)，通過設置imu3以及至少兩個照相機2，其中一個照相機2與imu3設置在同一電路板1上，通過電路板1之間的連接，將各個照相機2的數(shù)據(jù)集合在同一電路板1上，由該電路板1上的輸出數(shù)據(jù)線4輸出，imu3數(shù)據(jù)以及至少兩個照相機2的圖像組成的立體圖像數(shù)據(jù)作為位置測算的數(shù)據(jù)，減少定位誤差，實現(xiàn)雙目拍攝，獲取準確的場景三維信息。結合imu3，通過imu3輸出高幀率信息，在圖像信息不穩(wěn)定時利用imu3輸出穩(wěn)定的定位數(shù)據(jù)。

于其他實施例，上述的照相機2內(nèi)設有相機傳感器，該相機傳感器與鏡頭為分離式設計，這樣，用戶可以依據(jù)實際情況選擇鏡頭的視角。

于其他實施例，上述的鏡頭為任一視角的光學鏡頭。

上述僅以實施例來進一步說明本發(fā)明的技術內(nèi)容，以便于讀者更容易理解，但不代表本發(fā)明的實施方式僅限于此，任何依本發(fā)明所做的技術延伸或再創(chuàng)造，均受本發(fā)明的保護。本發(fā)明的保護范圍以權利要求書為準。