一種單相機雙目視覺傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單相機雙目視覺傳感器，包括右反射鏡、左反射鏡、彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光、外框架、攝相機，其中外框架包括可調(diào)支架、可調(diào)支架、攝相機安裝槽、和底座。本實用新型以精密機械設(shè)計為基礎(chǔ)，攝相機經(jīng)過左右反射鏡成像形成光軸垂直的兩個虛擬相機，彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光使測量物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。相當(dāng)于在雙目視覺技術(shù)中，用兩個攝相機在不同方向拍攝獲得目標(biāo)物體特征。本實用新型采用單相機結(jié)合左右反射鏡和彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，極大程度上降低了由于雙攝相機固有內(nèi)參的差異對三維重構(gòu)的影響，簡化實時運算實現(xiàn)了更好的三維重構(gòu)的時間同步性。
【專利說明】
一種單相機雙目視覺傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型公開了一種單相機雙目視覺傳感器，屬于計算機視覺技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的雙目視覺傳感器是基于視差原理，利用兩臺交叉擺放的攝相機從不同角度 觀察同一被測物體，獲取同一物體特征點的圖像坐標(biāo)，來完成目標(biāo)點的三維測量。但該方法 存在一定的缺點：一方面，對于動態(tài)測量來說，由于兩臺攝相機的工作狀態(tài)不可能完全同步 從而降低了測量精度；另一方面，對于某些場合，由于對視覺傳感器的體積及重量要求嚴(yán) 格，兩臺攝相機組成的視覺傳感器難以滿足要求。
[0003] 單攝相機在不同時刻從不同角度獲取被測物體的兩幅圖，以此來獲得立體視差雙 目視覺三維測量。雖然只使用一臺攝相機，但在測量過程中需要不斷移動，難以進行實時的 在現(xiàn)測量，實時同步性差。
[0004] 單攝相機結(jié)合平面反射鏡構(gòu)成的雙目視覺系統(tǒng)安裝靈活，系統(tǒng)的配置只需要一個 攝相機和兩塊反射鏡，實時同步性良好，僅需要獲取一幅圖像，減少了工作量，提高了效率。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型公開了一種單相機雙目視覺傳感器， 以一個攝相機和兩塊反射鏡為主體，以計算機視覺測量為核心的雙目視覺設(shè)計方式，實現(xiàn) 了雙目立體視覺技術(shù)，從而實現(xiàn)三維重構(gòu)。且本發(fā)名配備上彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光能夠使系統(tǒng)獲 得更多的目標(biāo)物體特征，從而簡化計算，和同步實時性良好；
[0006] 本實用新型的技術(shù)解決方案是：
[0007] -種單相機雙目視覺傳感器，包括右反射鏡、左反射鏡、外框架4、攝相機，
[0008] 所述左反射鏡與右反射鏡左右對稱地相交于所述外框架上，其相交夾角為60°-90°，長為 15-20cm，寬為5-10cm;
[0009] 所述的攝相機相隔一定距離安裝于左反射鏡與右反射鏡夾角平分線所在平面上， 且其光軸對著左反射鏡與右反射鏡相交線的中心位置；
[0010] 所述攝相機經(jīng)過右反射鏡形成一個虛擬攝相機，經(jīng)過左攝相機形成另外一個虛擬 攝相機，兩個虛擬攝相機構(gòu)成傳統(tǒng)雙目立體視覺攝相機，從而實現(xiàn)三維重構(gòu)。
[0011] 進一步地，還包括彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光，所述的彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光位于左反射鏡與右反 射鏡垂直下方，其中心與左反射鏡、右反射鏡鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中心在一條直線上，使測量 物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。
[0012] 進一步地，所述的外框架包括底座，垂直設(shè)置在所述底座上的反射鏡可調(diào)支架、用 于支撐攝相機的攝相機可調(diào)支架、用于固定攝相機的攝相機安裝槽，底座均為鋼制材料，用 于固定反射鏡可調(diào)支架和彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光。
[0013] 外框架結(jié)構(gòu)靈活，高度可調(diào)，所述的攝相機可調(diào)支架為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的長度， 可以改變攝相機的高度，同時攝相機可調(diào)支架可以移動從而改變攝相機與左、右反射鏡的 距離；
[0014] 進一步地，所述的反射鏡可調(diào)支架上還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)左反射鏡與右反射鏡的夾 角的反射鏡連接部，所述的反射鏡可調(diào)支架為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的反射鏡連接部，可以改變 左、右反射鏡的夾角；
[0015] 進一步地，所述攝相機安裝槽的側(cè)面設(shè)置有方便手動旋轉(zhuǎn)調(diào)整攝相機5焦距的鏤 空結(jié)構(gòu)。
[0016] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的有益效果如下：
[0017] -、采用單攝相機結(jié)合左右反射鏡加彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，傳感器結(jié)構(gòu)得 到簡化。攝相機與反射鏡之間的距離可遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雙目視覺中兩臺攝相機之間的實際距離， 利于傳感器的小型化設(shè)計。
[0018] 二、采用單攝相機結(jié)合左右反射鏡加彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，彩色環(huán)形結(jié)構(gòu) 光使測量物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。使被測物體的視差更大，簡化計算，減少計算機 視覺處理技術(shù)的工作量，提高效率。
[0019]三、由單攝相機虛擬出的兩臺攝相機完全相同，其焦距、鏡頭畸變、光學(xué)響應(yīng)、像元 大小等參數(shù)也完全相同避免了傳統(tǒng)雙目兩幅圖像的嚴(yán)格同步要求，僅需要獲取一幅圖像， 減少了工作量，提高了效率；
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型傳感器的組成示意圖。
[0021 ]圖2為本實用新型傳感器的外框架組成示意圖。
[0022]圖3為本實用新型傳感器的原理結(jié)構(gòu)模型示意圖。
[0023] 圖中所示為：1-左反射鏡；2-右反射鏡;3-彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光;4-外框架;5-攝相機； 6-攝相機可調(diào)支架;7-反射鏡可調(diào)支架;8-攝相機安裝槽;9-底座；10-第一虛擬攝相機;11-第二虛擬攝相機;12-假設(shè)物體。
【具體實施方式】
[0024] 下面通過具體實施例對本實用新型的目的作進一步詳細(xì)地描述，實施例不能在此 一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0025] 如圖1和圖2所示，一種單相機雙目視覺傳感器，包括右反射鏡2、左反射鏡1、外框 架4、彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3、攝相機5,所述左反射鏡1與右反射鏡2左右對稱地相交于所述外框 架4上，其相交夾角為60°-90°，長為15-20cm，寬為5-lOcm;所述的攝相機5相隔一定距離安 裝于左反射鏡1與右反射鏡2夾角平分線所在平面上，且其光軸對著左反射鏡1與右反射鏡2 相交線的中心位置;所述的彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3位于左反射鏡1與右反射鏡2垂直下方，其中心 與左反射鏡1、右反射鏡2鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中心在一條直線上，使測量物體表面形成連續(xù) 的彩色光模式。
[0026] 所述的外框架4包括底座9,垂直設(shè)置在所述底座9上的反射鏡可調(diào)支架7、用于支 撐攝相機5的攝相機可調(diào)支架6、用于固定攝相機5的攝相機安裝槽8,底座9均為鋼制材料， 用于固定反射鏡可調(diào)支架7和彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3。
[0027] 外框架4結(jié)構(gòu)靈活，高度可調(diào)，所述的攝相機可調(diào)支架6為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的長 度，可以改變攝相機的高度，同時攝相機可調(diào)支架6可以移動從而改變攝相機與左、右反射 鏡的距離；
[0028] 所述的反射鏡可調(diào)支架7上還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)左反射鏡1與右反射鏡2的夾角的反 射鏡連接部，所述的反射鏡可調(diào)支架7為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的反射鏡連接部，可以改變左、右 反射鏡的夾角；
[0029] 所述攝相機安裝槽8的側(cè)面設(shè)置有方便手動旋轉(zhuǎn)調(diào)整攝相機5焦距的鏤空結(jié)構(gòu)。
[0030] 所述攝相機5經(jīng)過右反射鏡2形成第一虛擬攝相機10,經(jīng)過左反射鏡1形成另外第 二虛擬攝相機11，兩個虛擬攝相機構(gòu)成傳統(tǒng)雙目立體視覺攝相機，從不同角度采集具有視 差的目標(biāo)物體圖像，從而實現(xiàn)三維重構(gòu)。
[0031] 如圖3所示，一種如所述單相機雙目視覺傳感器的調(diào)試方法，包括步驟：
[0032] 步驟1、在設(shè)定坐標(biāo)系中根據(jù)攝相機5、假設(shè)物體12及左反射鏡1上物體反射點的坐 標(biāo)值求得該反射鏡法線斜率Ki，將攝相機5安裝在設(shè)定坐標(biāo)系原點處，假設(shè)物體12坐標(biāo)為 (〇,7 1)，左反射鏡1上物體的反射點坐標(biāo)為(12,72)，由于要組成正交的虛擬雙目視覺系統(tǒng)， 所以y 2 = y ι+χ2，貝ij求得任一反射鏡的法線的斜率Κι為：
[0033]
[0034] 步驟2、以假設(shè)物體12坐標(biāo)為圓心，以該圓心到左反射鏡1的距離d為半徑畫圓，使 右反射鏡2外切于所畫的圓于點(X3，y3)，得到右反射鏡2的法線的斜率心為：
[0035]
[0036] 步驟3、根據(jù)所述!^、!^得出左反射鏡1與右反射鏡2所成的角度α:
[0037] a = ji+arctan(Ki)-arctan(K2) ； (3)
[0038] 步驟4、根據(jù)左反射鏡1、右反射鏡2所形成的角度α和假設(shè)物體12位置，將彩色環(huán)形 結(jié)構(gòu)光3放置在目標(biāo)物的正下方位置，其中心與左反射鏡1、右反射鏡2鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中 心在一條直線上。
[0039]使用的攝相機5為德國映美精公司生產(chǎn)的黑白工業(yè)攝相機，具體型號為DΜΚ 72AUC02〇
[0040] 本實用新型以精密機械設(shè)計為基礎(chǔ)，以計算機視覺測量為核心，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場環(huán) 境要求，設(shè)計出可在線使用的精密測量儀器;攝相機4經(jīng)過左反射鏡1、右反射鏡2成像形成 光軸垂直的兩個虛擬相機，彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3使測量物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。計算 機控制攝相機5拍攝目標(biāo)物體，并對圖像進行處理。相當(dāng)于在雙目視覺技術(shù)中，用兩個攝相 機3在不同方向拍攝獲得目標(biāo)物體特征。本實用新型采用單相機結(jié)合左反射鏡1、右反射鏡2 和彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，極大程度上降低了由于雙攝相機固有內(nèi)參的差異對三維 重構(gòu)的影響，簡化實時運算實現(xiàn)了更好的三維重建的時間同步性。
[0041] 本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是 對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ) 上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。 凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實 用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種單相機雙目視覺傳感器，其特征在于:包括右反射鏡(2)、左反射鏡（1)、外框架 (4)、攝相機(5)， 所述左反射鏡（1)與右反射鏡（2)左右對稱地相交于所述外框架(4)上，其相交夾角為 60。-90。，長為 15-20cm，寬為5-10cm; 所述的攝相機(5)相隔一定距離安裝于左反射鏡（1)與右反射鏡(2)夾角平分線所在平 面上，且其光軸對著左反射鏡(1)與右反射鏡(2)相交線的中心位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相機雙目視覺傳感器，其特征在于:還包括彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光 (3)，所述的彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光(3)位于左反射鏡（1)與右反射鏡（2)垂直下方，其中心與左反 射鏡(1 )、右反射鏡(2)鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中心在一條直線上。3. 如權(quán)利要求2所述的單相機雙目視覺傳感器，其特征在于:所述的外框架(4)包括底 座(9)，垂直設(shè)置在所述底座(9)上的反射鏡可調(diào)支架(7)、用于支撐攝相機(5)的攝相機可 調(diào)支架(6)、用于固定攝相機(5)的攝相機安裝槽(8)。4. 如權(quán)利要求3所述的單相機雙目視覺傳感器，其特征在于:所述的反射鏡可調(diào)支架 (7)上還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)左反射鏡(1)與右反射鏡(2)的夾角的反射鏡連接部。
【文檔編號】H04N13/02GK205622779SQ201620056303
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年1月20日
【發(fā)明人】陳安, 王和平, 吳忻生, 胡躍明
【申請人】華南理工大學(xué)