[發明專利]多級透鏡的三維成像系統

有效

• 申請號: 201010264671.0
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN101975994A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 黃向生;徐波
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G03B35/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明涉及三維(3D)成像領域。更具體地，本發明涉及用于多級透鏡的三維成像系統。

背景技術

三維技術的發展已經超過一個世紀了，但是通常因為對操作者的要求以及成本而在應用中受到限制。通常我們說一個客觀的世界是三維的，客觀世界的三維圖像通過某種技術把它記錄下來然后處理、壓縮再傳輸出去，顯示出來，最終在人的大腦中再現客觀世界的圖像。現在，3D系統正逐步的用于娛樂、商業和科學應用。隨之而來的是，許多硬件和軟件公司也加入了3D系統。

近幾年來，NTT?DoCoMo公布的Sharp?Mova?SH251iS手機，首次運用了能夠顯示3D圖像的彩色屏幕。單個數碼相機通過拍攝兩張二維(2D)的不同角度的圖像，然后經過處理從而得到3D圖像。當3D圖像被發送出去的時候，需要有類似功能的設備才能看到3D圖像。并且由于單個數碼相機拍攝的是2D圖像，所以必須經過認為的處理轉換成3D圖像。為了得到比較好的3D圖像，在拍攝的時候，拍攝的物體的位置的要求是比較苛刻的。所以這個圖像的質量不能保證。

富士Real?3D?W1用到了全新研發的“FinePix?REAL?3D鏡頭系統”和自然影像處理引擎3D，其實利用了雙目視覺，即利用兩個鏡頭來模擬人的兩只眼睛，經過處理從而形成有層次感的3D影像。首先融合了采集到兩個CCD傳感器上的同步2D信息，然后實時地將其處理成高質量的影像。但是需要兩個鏡頭來模擬，從而使設備的尺寸太大，不便攜帶，從而推廣受限。

SwissRanger?SR-2相機首次采用了TOF原理技術。將一束光作為參考發射到待測場景中，通過計算光束回光的時間差或者相位差，計算出場景中物體的距離，從而得到深度信息。此外，再結合相機拍攝獲得二維影像信息，從而能同時獲取整個場景。由于要用到參考光束，從而使得設備在獲取整個場景的時候收到限制，最終導致深度分辨率低、視角小。

目前的三維獲取設備的研究成果仍然存在設備的尺寸太大；深度分辨率低、是視角小；可重計算性弱；不能便捷地獲取非剛體的完整物體等缺陷。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明的目的是提供減少系統尺寸、提高深度分辨率、視場角大、可重計算性強、能便捷地獲取剛體和非剛體的完整物體的多級透鏡的三維成像系統。

為達成上述目的，本發明提供多級透鏡的三維成像系統，其技術方案包括：多級透鏡和傳感器，所述多級透鏡為第一級透鏡、第二級透鏡、…第N-2級透鏡、第N-1級透鏡、第N級透鏡，其中：在光線傳播的方向依序放置多級透鏡和傳感器，光線通過第一級透鏡成像至第N-1級透鏡用于生成多級場景縮小成像信息，多級場景縮小成像信息繼續傳播至第N級透鏡，第N級透鏡得到物體光線的多視角的場景二維信息，傳感器提取多視角的場景二維信息，再通過立體匹配，從而獲得場景中物體的深度信息。

其中，所述多級透鏡中的每一級透鏡的個數是一個透鏡，或是對稱布局的多個透鏡；每個透鏡是單面凸透鏡、或是雙面凸透鏡，并且透鏡的形狀是圓形，或是正多邊形；多個透鏡排布在平面上、或排布在曲面上，且曲面是各種曲率半徑的曲面；所述曲面是凹面向入射光，或是凸面向入射光。

其中，所述對稱布局的多個透鏡是網格形布局透鏡、環形布局透鏡和任意正多邊形布局透鏡。

其中，所述環形布局透鏡為至少一個圓環形布局透鏡或一個以上的圓環布局透鏡。

其中，所述第一級透鏡所成實像上任意一點發出的光線都能到達下一級透鏡中每一個透鏡。

其中，所述傳感器的像素尺寸小于視差的差別為深度分辨率；當選擇多級透鏡為兩級透鏡時，視差(disparity)的差別表示如下：