[发明专利]一种小凹单目立体成像系统

说明书

本发明公开一种小凹单目立体成像系统，包括成像模块，小凹模块，探测器和计算模块；成像模块对目标场景成像得到中间像；小凹模块在沿光轴的两个不同位置对中间像的目标区域分别成像；探测器采集小凹模块所成的两个图像a和b，寻找两个图像中相同的像点，以图像a为基准，计算此像点在探测器上位于图像a与图像b的坐标的差值，即获得目标区域的视差信息；计算模块根据所述视差信息和小凹模块的位置信息解算出目标区域的三维空间坐标，最终实现目标区域的立体成像，本发明能够克服单目立体视觉技术操作复杂，信息利用率低的问题，实现高效快速、有针对性地单目立体成像的效果。

技术领域

本发明属于光学仪器的技术领域，具体涉及一种小凹单目立体成像系统。

背景技术

常用的实现立体视觉的技术主要是双目方案，但是其需要两个相机，同时要具有极好的光轴平行度，所以在调试阶段比较麻烦。除此之外，还有一种单目立体视觉方案也有所发展，主要原理是通过改变镜头焦距，调整光学系统等效中心，使其在沿着中心方向上产生位移，进而在探测器上使同一物点的位置发生变化，产生视差。所以这种方案一般需要使用变焦镜头，计算中心点位置，操作比较麻烦；再者实际情况中，并不是时刻都需要对全部场景进行立体成像。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小凹单目立体成像系统，能够克服单目立体视觉技术操作复杂，信息利用率低的问题，实现高效快速、有针对性地单目立体成像的效果。

实现本发明的技术方案如下：

一种小凹单目立体成像系统，包括成像模块，小凹模块，探测器和计算模块；

成像模块对目标场景成像得到中间像；

小凹模块在沿光轴的两个不同位置对中间像的目标区域分别成像；

探测器采集小凹模块所成的两个图像a和b，寻找两个图像中相同的像点，以图像a为基准，计算此像点在探测器上位于图像a与图像b的坐标的差值，即获得目标区域的视差信息；

计算模块根据所述视差信息和小凹模块的位置信息解算出目标区域的三维空间坐标，最终实现目标区域的立体成像。

进一步地，计算模块的解算过程具体为：根据图像a所对应的小凹模块沿光轴的位置，解算图像a中每个像点所对应物点在空间中可能存在的位置分布，每个物点的位置分布为一条空间直线，再根据视差信息和图像b所对应的小凹模块沿光轴的位置解算图像b中每个像点所对应物点在空间中可能存在的位置分布，每个物点的位置分布也为一条空间直线，最终根据每个物点的两条空间直线唯一确定其准确位置。

进一步地，小凹模块和探测器能够通过机械控制移动，在对目标区域进行立体成像之前，将小凹模块移出光轴，并将探测器置于中间像位置观察中间像，确定目标区域。

进一步地，小凹模块由液晶空间光调制器实现。

进一步地，探测器为CCD电荷耦合元件或者CMOS互补金属氧化物半导体。

进一步地，计算模块由计算机、具有图像处理功能的FPGA现场可编程门阵列或者DSP数字信号处理器实现。

有益效果：

1、本发明系统，对比已有技术，解决了传统单目立体视觉方案的操作难，信息利用率低的问题，具有高效快速、有针对性立体成像的效果。

2、本发明在视差信息记录的过程中，采用小凹单目立体成像采集方式，相比传统方案，能够降低操作复杂度，同时系统中存在的中间像位置又可以用于成像前的整体观察。

3、本发明在解算三维空间坐标的过程中，由于小凹具有局部高分辨特性，所以只使用了部分像素，且对感兴趣区域获得了更多细节，相比于传统方案，提高了信息利用率，减少了计算成本。

附图说明