專利名稱：單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及立體成像技術(shù)，尤其涉及一種單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立 體成像方法及其裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)光學(xué)成像系統(tǒng)視場較小且只能記錄場景的光強(qiáng)信息，因此重現(xiàn)的場景 缺乏沉浸感和立體感。近年來，由于機(jī)器視覺和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)了 對大場景的立體感知和重現(xiàn)的需求，在光電學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā) 展的推動下，出現(xiàn)了全景立體成像技術(shù)。
全景立體成像是通過兩個視點(diǎn)對同一場景成像獲得兩幅全景圖像，利用雙 目視覺原理提取場景中的深度信息。常規(guī)全景立體成像系統(tǒng)需要使用兩個全景 成像鏡頭或多個小視場成像鏡頭對同一場景成像獲取大視場景物的立體信息 以實(shí)現(xiàn)實(shí)時全景立體成像。這類方法需要多個獨(dú)立的成像系統(tǒng)，由于系統(tǒng)間存 在物理特性差異，而且需要進(jìn)行立體圖對的校準(zhǔn)和拼接，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和匹配 算法復(fù)雜。
單相機(jī)雙反射曲面鏡的全景立體成像方法，將兩個曲面鏡上下同軸放置， 但由于其曲面鏡之間的有效視點(diǎn)距離(即基線長度)短導(dǎo)致深度提取精度不高。 另外，由于其所獲得的兩個圖像具有分辨率差異，需要進(jìn)行分辨率匹配，導(dǎo)致 對應(yīng)點(diǎn)之間的深度提取精度進(jìn)一步降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的單相機(jī)全景立體成像系統(tǒng)短基線和兩幅 全景圖像分辨率不匹配的不足，提供一種具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和匹配算法簡單、寬基 線、圖像分辨率匹配的單相機(jī)雙目折反射全景立體成像方法及其裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像方法是第一折反射器與第二折反 射器同軸相向放置，第一折反射器折射或反射從第一視點(diǎn)所觀察到的全向場景 光束，第二折反射器折射或反射從第二視點(diǎn)所觀察到的全向場景光束；光路轉(zhuǎn) 向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且與第一折反射器和第二折反 射器同軸；光路轉(zhuǎn)向器偏轉(zhuǎn)由第一折反射器和第二折反射器所反射的光束為同 一方向；圖像成像器捕捉由光路轉(zhuǎn)向器所偏轉(zhuǎn)的光束以形成圖像并輸出含有相 同分辨率的第一和第二視圖的圖像。單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像裝置包括第一折反射器、第二折反 射器、光路轉(zhuǎn)向器、圖像成像器，在同一軸線上依次設(shè)有第一折反射器、光路 轉(zhuǎn)向器、第二折反射器，在光路轉(zhuǎn)向器同一光軸上設(shè)有圖像成像器。
所述第一折反射器、第二折反射器為曲面反射鏡或大視場透鏡。光路轉(zhuǎn)向
器為v型平面鏡或棱鏡。圖像成像器為照相機(jī)或攝像機(jī)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
1) 圖對分辨率相同，本發(fā)明用單個相機(jī)獲得的兩幅圖像大小相等(即圖
像分辨率匹配)；
2) 圖像成像器的成像面利用充分，兩幅并排等大的圓形全景圖像對比兩
幅同心圓環(huán)全景圖像對能更充分的利用現(xiàn)有長方形CCD的有效成像面積；
3) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和匹配算法簡單，本發(fā)明只使用單個相機(jī)，降低了系統(tǒng)的復(fù) 雜性；圖對分辨率相同，降低了匹配算法的難度；
4) 寬基線，第一和第二折反射器分離擴(kuò)大了系統(tǒng)的有效視點(diǎn)間的距離；
5) 精度高，由于圖對分辨率相同和寬基線的特點(diǎn)，使得場景立體深度信 息的提取精度增加；
6) 實(shí)時性高，由于匹配算法簡單，降低了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算需求，提供了系 統(tǒng)的實(shí)時性；
7) 應(yīng)用范圍廣，本發(fā)明能夠應(yīng)用于機(jī)器視覺、虛擬現(xiàn)實(shí)和視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。


圖l是單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像方法原理圖； 圖2是單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中第一折反射器l、第二折反射器2、光路轉(zhuǎn)向器3、圖像成像器4。
具體實(shí)施例方式
下文將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明示范性實(shí)施例
如圖1所示，單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像方法是第一折反射 器與第二折反射器同軸相向放置，第一折反射器折射或反射從第一視點(diǎn)所觀察 到的全向場景光束，第二折反射器折射或反射從第二視點(diǎn)所觀察到的全向場景 光束；光路轉(zhuǎn)向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且與第一折反射器 和第二折反射器同軸；光路轉(zhuǎn)向器偏轉(zhuǎn)由第一折反射器和第二折反射器所反射 的光束為同一方向；圖像成像器捕捉由光路轉(zhuǎn)向器所偏轉(zhuǎn)的光束以形成圖像并 輸出含有相同分辨率的第一和第二視圖的圖如圖2所示，單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像裝置包括第一折反射 器l、第二折反射器2、光路轉(zhuǎn)向器3、圖像成像器4，在同一軸線上依次設(shè)有 第一折反射器1、光路轉(zhuǎn)向器3、第二折反射器2，在光路轉(zhuǎn)向器3同一光軸上 設(shè)有圖像成像器4。
所述第一折反射器l、第二折反射器2為曲面反射鏡或大視場透鏡。光路 轉(zhuǎn)向器3為V型平面鏡或棱鏡。圖像成像器4為照相機(jī)或攝像機(jī)。
本發(fā)明的工作過程如下
本發(fā)明基于全景成像技術(shù)，提出了僅利用單個成像器件就能實(shí)現(xiàn)全景立體 成像的新方法及其裝置。在同一成像面上同時獲得兩個不同視點(diǎn)的同樣大小的 全景圖像，進(jìn)而利用雙目視覺原理獲取全景立體信息。利用同軸的兩個全景曲 面反射鏡和轉(zhuǎn)向鏡，將垂直于軸向360度環(huán)帶物空間中的同一個物點(diǎn)成像在位 于同一成像面上不同成像區(qū)域的兩個像點(diǎn)上。這兩個像點(diǎn)分別位于彼此相鄰且 大小相同的環(huán)帶像區(qū)域內(nèi)，由于這兩個像點(diǎn)是從不同的視角對同一物點(diǎn)所獲得 的信息，因此就可基于雙目視覺原理獲得該物點(diǎn)的深度信息，從而僅用單個成 像器件就可實(shí)現(xiàn)全景環(huán)帶空間的立體成像。
全景立體成像是基于全景成像技術(shù)對大視場立體成像，獲取全景深度信息 來重現(xiàn)場景的沉浸感和立體感。常規(guī)全景立體成像系統(tǒng)需要使用多個小視場成 像系統(tǒng)或兩個全景成像系統(tǒng)對同一場景成像獲取大視場景物的立體信息以實(shí) 現(xiàn)實(shí)時全景立體成像。這類方法需要若干獨(dú)立成像系統(tǒng)，及系統(tǒng)間的實(shí)時兼容 配合與立體圖對的校準(zhǔn)和拼接，而且系統(tǒng)間存在物理特性差異，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
和匹配算法復(fù)雜。 一般而言，全景成像具有單視點(diǎn)的特征，即在一個視點(diǎn)對全 向場景成像；全景立體成像具有兩個或多個視點(diǎn)，在垂直于兩個視點(diǎn)連線方向 上獲得的場景具有立體感，但在兩個視點(diǎn)連線的方向上獲得的場景缺乏立體 感。從兩個視點(diǎn)分別得到的兩幅全景圖的某些區(qū)域能恢復(fù)深度信息，但有些區(qū) 域卻不能恢復(fù)深度信息。因此，較為完善的全景立體成像技術(shù)應(yīng)該較好地克服 全景成像中單視點(diǎn)全向成像的要求和立體成像中多視點(diǎn)成像的要求之間的矛 盾。
權(quán)利要求
1. 一種單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像方法，其特征在于第一折反射器與第二折反射器同軸相向放置，第一折反射器折射或反射從第一視點(diǎn)所觀察到的全向場景光束，第二折反射器折射或反射從第二視點(diǎn)所觀察到的全向場景光束；光路轉(zhuǎn)向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且與第一折反射器和第二折反射器同軸；光路轉(zhuǎn)向器偏轉(zhuǎn)由第一折反射器和第二折反射器所反射的光束為同一方向；圖像成像器捕捉由光路轉(zhuǎn)向器所偏轉(zhuǎn)的光束以形成圖像并輸出含有相同分辨率的第一和第二視圖的圖像。
2. —種如權(quán)利要求1所述方法設(shè)計(jì)的單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體 成像裝置，其特征在于包括第一折反射器(l)、第二折反射器(2)、光路轉(zhuǎn)向器(3)、 圖像成像器(4)，在同一軸線上依次設(shè)有第一折反射器(l)、光路轉(zhuǎn)向器(3)、第 二折反射器(2)，在光路轉(zhuǎn)向器(3)同一光軸上設(shè)有圖像成像器(4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像裝 置，其特征在于其中所述第一折反射器(l)、第二折反射器(2)為曲面反射鏡或 大視場透鏡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像裝 置，其特征在于所述光路轉(zhuǎn)向器(3)為V型平面鏡或棱鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單相機(jī)雙目寬基線折反射全景立體成像裝 置，其特征在于所述圖像成像器(4)為照相機(jī)或攝像機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用單相機(jī)實(shí)現(xiàn)全景立體成像方法及其裝置。第一折反射器與第二折反射器同軸相向放置，第一折反射器折射或反射從第一視點(diǎn)所觀察到的全向場景光束，第二折反射器折射或反射從第二視點(diǎn)所觀察到的全向場景光束；光路轉(zhuǎn)向器放置在第一折反射器和第二折反射器中央且與第一折反射器和第二折反射器同軸；光路轉(zhuǎn)向器偏轉(zhuǎn)由第一折反射器和第二折反射器所反射的光束為同一方向；圖像成像器捕捉由光路轉(zhuǎn)向器所偏轉(zhuǎn)的光束以形成圖像并輸出含有相同分辨率的第一和第二視圖的圖像。本發(fā)明具有寬基線，圖對分辨率相同，實(shí)時性強(qiáng)，立體深度提取精度高，立體圖對匹配算法簡單，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04N5/225GK101546111SQ20091009823
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者劍 白, 陳炫屹 申請人:浙江大學(xué)