[实用新型]用于获取三维图像数据的3D相机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种根据借助用于扩展视场的反射镜光学元件来获取三维图像数据的3D相机。

背景技术

与传统的相机相比，3D相机也采集深度信息并因此通过3D图像各个像素的间距值或距离值生成三维图像数据，所述3D图像也被称为距离图像或深度图。额外的距离维度可在多种应用中使用，以获取更多有关由相机所捕获的场景中对象的信息，从而解决工业传感器领域中的不同任务。

在自动化技术中可借助三维图像数据来采集对象并将其分类，以便根据所识别出来的对象(优选包括其位置和方向)来采取进一步的自动处理步骤。因此例如可有助于控制传送带上的机器人或各种致动器。

在移动应用中，不管是有司机的车辆如轿车(PKW)、载重汽车(LKW)、工作机或叉车还是无人驾驶的车辆如AGV(自动导引车)或搬运车，都应尽可能全面且三维地了解周围环境特别是计划的行驶路径。为此应该能使自主导航成为可能或给司机提供帮助，以便识别障碍，避免碰撞或便于装载和卸载包括纸箱、托盘、集装箱或拖车在内的在运货物。

各种用于确定深度信息的方法是已知的，如飞行时间测量法(Time-of-Flight)或立体视法。飞行时间测量法是发出光信号并测量截至接收到所传送的光信号的时间。此种测量法分为脉冲法和相位法。立体视法是以用两眼的空间视觉为基础，并在从不同视角拍摄的两张图片中寻找彼此关联的图像元素，根据其差异获悉立体相机的光学参数通过三角测量法来估计距离。立体系统可以被动运行(即仅使用环境光工作)，或具有 其本身的照明装置，所述照明装置优选生成照明图形，以便使得在无结构场景中也能估计距离。在例如由US 7 433 024已知的另一3D成像法中，照明图形仅由一台相机拍摄并通过图形分析来估计距离。

这种3D相机的视场(FOV，Field of View)自身通过鱼眼镜头被限制在小于180°且在实践中甚至通常限制在90°以下。通过使用多台相机来扩展视场是可能的，只是要付出大量的硬件成本和调节成本。

在例如根据US 6 157 018或WO 0 176 233 A1的现有技术中已知了各种反射镜光学元件，以便实现全景3D成像。这种相机因组合成像光学元件和串联的反射镜光学元件而被称为反射折射相机。Nayar和Baker在1997年5月在新奥尔良出版的1997DARPA Image Understanding Workshop论文集第1341-1437页的“Catadioptric image formation(反折射成像)”一文中指出，必须满足所谓的单视点条件来进行畸变校正。所述条件指定用于普通的反射镜形状如椭圆反射镜、抛物面反射镜、双曲面反射镜和锥形反射镜。

或者也可使用多个连续排列的反射镜，例如EP 1 141 760 B1或US 6 611 282 B1中就是如此。EP 0 989 436 A2公开一种具有镜元件的立体全景系统，它的形状像一个具有方形底面的倒金字塔。在US 7 710 451 B1中，借助镜元件来划分相机的视场，从而产生两个虚拟相机，其被用作立体相机。WO 2012/038601 A1给两个图像传感器分别分配反射镜光学元件，以便能够立体捕获360°范围。在US 6 304 285 B1中使用的一种相似的结构(但其具有另外一种反射镜形状)中，在三角测量法中使用了结构化的光源和单相机。这会导致结构高度过高。此外反射镜光学元件像总体结构一样复杂，因此不可低成本生产。

实用新型内容

因此本实用新型的任务在于，用简单的方法来扩展3D相机的视场。

此任务通过第一方面所述的用于获取三维图像数据的3D相机得以实现。同时本实用新型的基本思路是，对两部分视场进行监视，即借助反射 镜光学元件将3D相机变成双向相机。为此反射镜光学元件优选具有正好两个镜面，所述镜面分别产生相应的部分视场。于是两个单独的部分视场被监视，所述部分视场分别延伸一定的角度范围。这两个部分视场最好也由两个角度范围隔开，所述角度范围不能被两个镜面捕获，致使在这些角度中不会产生3D图像数据。这类具有两个镜面的反射镜光学元件允许相对于全景3D相机明显简化反射镜光学元件的结构化设计。同时双向图像捕获恰好对车辆特别有利。原因在于，尽管有些车辆可以在任意方向上运动，但是通常将所述运动限制在向前或向后运动，并且侧向运动或旋转是不可行的。因此只要捕获车辆前面和后面的区域就足够了。