WO2011134215A1 - 一种立体摄像装置 - Google Patents

Description

一种立 像装置 技术领域

本实用新型涉及立体成像技术领域， 特别是指一种立体摄像装置。 背景技术

随着数字成像技术的日趋成熟， 立体成像技术正在快速的发展。 立体 成像技术主要利用人的两只眼睛的视差特性实现的， 其具体实现方式主要 包括： 色分法、 光分法、 时分法和光栅法等。 具体实现方式虽然有多种， 但所有实现方式的原理相似， 即： 利用两台并列安置的摄影机， 同步拍摄 出两个略带水平视差的画面， 这两台摄影机分别代表人的左眼与右眼。 放 映时， 将两个画面分别装入左眼放映装置与右眼放映装置， 左眼放映装置 与右眼放映装置同步运转， 同时将画面放映出来， 形成包括左眼图像与右 眼图像的双影图像。 观看者通过一些特殊设备， 例如： 偏光眼镜等， 使左 眼只能看到左眼图像， 右眼只能看到右眼图像， 再通过双眼的汇聚功能， 分别将左眼图像、 右眼图像叠合在视网膜上， 由大脑神经产生三维立体的 视觉效果。

以上描述说明： 无论釆用哪种实现方式， 关键在于必须做到观看者的 左眼与右眼看到的图像不能完全相同， 即： 对应于左眼的画面只被左眼观 察到， 对应于右眼的画面只被右眼观察到。 如此， 具有立体效果的拍摄装 置必须带有两个摄像头进行成像， 并对图像进行处理。 但是， 现有的拍摄 装置存在一些缺点， 主要表现在以下三个方面：

首先， 两个摄像头由于物理性能不可能完全相同， 比如： 焦距不完全 相同， 因此， 会造成两个摄像头在聚焦性能上不完全一致， 进而导致左右 视频清晰度不完全一致， 最终导致图像成像模糊。 其次， 两个摄像头在安装对位上存在误差， 导致双摄像头拍摄的图像在 视角的水平和倾斜上不完全一致， 进而导致图像处理时出现偏差， 最终导 致图像产生叠影。

最后， 双摄像头中各自的图像传感器存在电性能上的差异， 致使所拍摄 到的图像在亮度、 对比度、 色度、 灰阶等特性上不一致， 进而导致左右图 像出现视觉差异， 最终导致观众产生视觉眩晕、 图像模糊等现象。

图 1为申请号为 200910104853.9的中国专利 《一种立体摄像装置及方 法》 的摘要附图， 该专利公开了一种立体摄像装置， 用精密光学成像结构 来保证光路上的一致性， 仅用一个图像传感器来接收两路图像的技术， 但 是， 从图 1中看出， 该专利存在重要技术缺陷， 主要表现在：

首先， 第一光学成像透镜组 111、 第二光学成像透镜组 112与图像传感 器 120 的光路距离较远。 当拍摄远景时， 根据透镜成像规则， 一般要求光 学成像透镜组与图像传感器的光路距离较近， 否则会成像模糊， 因此， 该 专利阐述的装置及方法， 无法拍摄远景；

其次，由于物体发出的每束光线中所有的光线只有经过平面镜相同角度 的反射后才可以成像， 该专利未充分披露第一平面反射镜 114、 第二平面反 射镜 115与第三反射镜 113的镜面的位置存在一定关系的技术细节， 如此， 可能会造成无法在图像传感器 120上成像， 从而根本无法实现拍摄的目的。 发明内容

有鉴于此， 本实用新型的主要目的在于提供一种立体摄像装置， 能拍 摄到两幅带有视差、 电性能完全一致的图像， 且能适用于拍摄远景。

为达到上述目的， 本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种立体摄像装置， 包括： 摄像头模组、 第一平面 反射镜、 第二平面反射镜、 第三平面反射镜、 第四平面反射镜；

所述摄像头模组包括： 光学成像透镜组、 以及光学敏感器； 所述第一平面反射镜的镜面， 平行于所述第二平面反射镜的镜面； 所 述第三平面反射镜的镜面， 平行于所述第四平面反射镜的镜面；

所述第一平面反射镜、 所述第二平面反射镜、 所述第三平面反射镜、 以及所述第四平面反射镜安置于所述光学成像透镜组的前面； 所述光学成 像透镜组安置于所述光学敏感器的前面。

上述方案中， 所述第一平面反射镜的中心点与所述第三平面反射镜的 中心点之间的间距与人的双眼间的间距相等或近似。

上述方案中， 所述第一平面反射镜与所述第三平面反射镜以所述光学 成像透镜组的光轴为对称轴对称安置； 所述第二平面反射镜与所述第四平 面反射镜以所述光学成像透镜组的光轴为对称轴对称安置。

上述方案中， 所述第一平面反射镜、 第二平面反射镜、 第三平面反射 镜、 第四平面反射镜的外形为矩形或圓形。

上述方案中， 所述光学成像透镜组为一个凸透镜。

上述方案中， 所述光学敏感器为电荷耦合元件（CCD, Charge-coupled Device )图像传感器或互补金属氧化物半导体（ CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor )光学敏感器。

本实用新型提供的立体摄像装置， 在摄像头模组的前方、 以光学成像 透镜组的光轴为对称轴安置两对平面反射镜， 物体反射的光线通过这两对 平面反射镜， 都聚焦到摄像头模组的光学成像透镜组上， 并利用一个光学 敏感器对敏感到的光线进行电信号的转换， 如此， 既能保证成像光路上的 一致性， 还能保证拍摄到的图像的电性能完全一致； 另外， 光学成像透镜 组与光学敏感器之间没有两组平面反射镜相隔， 相对距离较近， 也适用于 拍摄远景。 附图说明

图 1为专利 《一种立体摄像装置及方法》 的摘要附图； 图 2为本实用新型立体摄像装置的俯视图；

图 3为本实用新型实施例反射光线通过的光路图。 具体实施方式

本实用新型的基本思想是： 釆用精密光学成像结构保证光路上的一致 性， 在摄像头前方安置两对平面反射镜， 当使用该装置进行拍摄时， 物体 反射的光线通过这两对平面反射镜， 进入摄像头； 物体的反射的光线再通 过摄像头上的光学成像透镜组， 聚焦于光学敏感器上， 只用一个图像传感 器来接收两路图像， 保证拍摄到的图像的电性能完全一致。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。 图 2为本实用新型提供的立体摄像装置的俯视图， 如图 2所示， 包括： 摄像头模组 21、 第一平面反射镜 22、 第二平面反射镜 23、 第三平面反射镜 24、 第四平面反射镜 25; 其中，

所述摄像头模组 21包括： 光学成像透镜组 211、 以及光学敏感器 212。 第一平面反射镜 22的镜面， 平行于第二平面反射镜 23的镜面； 第三 平面反射镜 24的镜面， 平行于第四平面反射镜 25的镜面；

第一平面反射镜 22的中心点与第三平面反射镜 24的中心点之间的间 距与人的双眼间的间距相等或近似， 一般， 可以取间距的数值为 65mm, 或 者， 也可以取间距的数值为 65±10mm之间的任意数值， 以保证人眼观看到 清晰的立体图像； 第一平面反射镜 22与第三平面反射镜 24以光学成像透 镜组 211 的光轴为对称轴在光学成像透镜组 211 的前面对称安置； 第二平 面反射镜 23与第四平面反射镜 25以光学成像透镜组 211的光轴为对称轴 在光学成像透镜组 211的前面对称安置；

光学成像透镜组 211安置于光学敏感器 212的前面；

所述前面是指将立体摄像装置平放后， 从光学敏感器 212 的方向看立 体摄像装置的组成结构依次为：光学成像透镜组 211安置于光学敏感器 212 的前面， 第一平面反射镜 22、 第二平面反射镜 23、 第三平面反射镜 24、 以 及第四平面反射镜 25安置于光学成像透镜组 211的前面， 进一步地， 第二 平面反射镜 23与第四平面反射镜 25可以安置于第一平面反射镜 22与第三 平面反射镜 24的前面；

第二平面反射镜 23与第四平面反射镜 25之间的距离可以在能反射到 光线的距离范围内任意设置。

第一平面反射镜 22、 第二平面反射镜 23、 第三平面反射镜 24、 以及第 四平面反射镜 25的外形可以是矩形， 或者， 也可以是圓形。

第一平面反射镜 22将拍摄物体发射的光线， 进行一次反射， 反射出的 光线照射至第二平面反射镜 23; 第二平面反射镜 23将第一平面反射镜 22 反射过来的光线进行二次反射， 反射出的光线照射至摄像头模组 21中的光 学成像透镜组 211 ;

摄像头模组 21中的光学成像透镜组 211 ,聚焦第二平面反射镜 23反射 过来的光线， 聚焦后的光线照射至摄像头模组 21中的光学敏感器 212; 第三平面反射镜 24将拍摄物体发射的光线， 进行一次反射， 反射出的 光线照射至第四平面反射镜 25; 第四平面反射镜 25将第三平面反射镜 24 反射过来的光线进行二次反射， 反射出的光线照射至摄像头模组 21中的光 学成像透镜组 211 ;

摄像头模组 21中的光学成像透镜组 211 ,聚焦第四平面反射镜 25反射 过来的光线， 聚焦后的光线照射至摄像头模组 11中的光学敏感器 212; 光学敏感器 212将敏感到的摄像头模组 21中光学成像透镜组 211聚焦 后的光线， 转换为电信号。

所述光学成像透镜组 211可以是一个凸透镜； 所述光学敏感器 212, 可 以是 CCD图像传感器， 或者， 还可以是 CMOS光学敏感器。

下面结合实施例对本实用新型再作进一步详细的描述。 图 3 为应用本实用新型提供的立体摄像装置拍摄物体时， 反射光线通 过的光路图， 如图 3 所示， 假设利用本实用新型提供的立体摄像装置所拍 摄的物体 30, 发射出两束光线， 即： 光线 31和光线 41。

第一平面反射镜 22将所拍摄设物体 30发射的光线 31 ,进行一次反射， 反射出的光线 32照射至第二平面反射镜 23; 第二平面反射镜 23将第一平 面反射镜 22反射过来的光线 32进行二次反射， 反射出的光线 33照射至摄 像头模组 21中的光学成像透镜组 211 ;

光学成像透镜组 211聚焦第二平面反射镜 23反射过来的光线 33 ,聚焦 后的光线 34照射至摄像头模组 21中的光学敏感器 212;

第三平面反射镜 24将所拍摄设物体 30发射的光线 41 ,进行一次反射， 反射出的光线 42照射至第四平面反射镜 25; 第四平面反射镜 25将第三平 面反射镜 24反射过来的光线 42进行二次反射， 反射出的光线 43照射至摄 像头模组 21中的光学成像透镜组 211 ;

光学成像透镜组 211聚焦第二平面反射镜 23反射过来的光线 43 ,聚焦 后的光线 44照射至摄像头模组 21中的光学敏感器 212;

光学敏感器 212将敏感到的摄像头模组 21中光学成像透镜组 211聚焦 后的光线 34与光线 44, 转换为电信号。

如此， 摄像头模组 21就可以获得两幅带有视差的图像， 其电性能完全 一致。

以上所述， 仅为本实用新型的较佳实施例而已， 并非用于限定本实用 新型的保护范围， 凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、 等 同替换和改进等， 均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1、 一种立体摄像装置， 其特征在于， 该装置包括： 摄像头模组、 第一 平面反射镜、 第二平面反射镜、 第三平面反射镜、 第四平面反射镜；

所述摄像头模组包括： 光学成像透镜组、 以及光学敏感器；

所述第一平面反射镜的镜面， 平行于所述第二平面反射镜的镜面； 所 述第三平面反射镜的镜面， 平行于所述第四平面反射镜的镜面；

所述第一平面反射镜、 所述第二平面反射镜、 所述第三平面反射镜、 以及所述第四平面反射镜安置于所述光学成像透镜组的前面； 所述光学成 像透镜组安置于所述光学敏感器的前面。

2、 根据权利要求 1所述的装置， 其特征在于，

所述第一平面反射镜的中心点与所述第三平面反射镜的中心点之间的 间距与人的双眼间的间距相等或近似。

3、 根据权利要求 1或 2所述的装置， 其特征在于，

所述第一平面反射镜与所述第三平面反射镜以所述光学成像透镜组的 光轴为对称轴对称安置； 所述第二平面反射镜与所述第四平面反射镜以所 述光学成像透镜组的光轴为对称轴对称安置。

4、 根据权利要求 1或 2所述的装置， 其特征在于， 所述第一平面反射 镜、 第二平面反射镜、 第三平面反射镜、 第四平面反射镜的外形为矩形或 圓形。

5、 根据权利要求 1或 2所述的装置， 其特征在于， 所述光学成像透镜 组为一个凸透镜。

6、 根据权利要求 1或 2所述的装置， 其特征在于， 所述光学敏感器为 电荷耦合元件（CCD )图像传感器、 或互补金属氧化物半导体（CMOS )光 学敏感器。