[實用新型]用于獲取三維圖像數據的3D相機

有效

• 申請號: 201420375463.1
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN204229115U
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 索斯頓·菲斯特
• 申請（專利權）人: 西克股份公司
• 主分類號: G03B35/00
• 分類號: G03B35/00;G03B37/04;G03B17/17;G02B27/22;H04N5/225;H04N13/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;王漪

技術領域

本實用新型涉及一種根據借助用于擴展視場的反射鏡光學元件來獲取三維圖像數據的3D相機。

背景技術

與傳統的相機相比，3D相機也采集深度信息并因此通過3D圖像各個像素的間距值或距離值生成三維圖像數據，所述3D圖像也被稱為距離圖像或深度圖。額外的距離維度可在多種應用中使用，以獲取更多有關由相機所捕獲的場景中對象的信息，從而解決工業傳感器領域中的不同任務。

在自動化技術中可借助三維圖像數據來采集對象并將其分類，以便根據所識別出來的對象(優選包括其位置和方向)來采取進一步的自動處理步驟。因此例如可有助于控制傳送帶上的機器人或各種致動器。

在移動應用中，不管是有司機的車輛如轎車(PKW)、載重汽車(LKW)、工作機或叉車還是無人駕駛的車輛如AGV(自動導引車)或搬運車，都應盡可能全面且三維地了解周圍環境特別是計劃的行駛路徑。為此應該能使自主導航成為可能或給司機提供幫助，以便識別障礙，避免碰撞或便于裝載和卸載包括紙箱、托盤、集裝箱或拖車在內的在運貨物。

各種用于確定深度信息的方法是已知的，如飛行時間測量法(Time-of-Flight)或立體視法。飛行時間測量法是發出光信號并測量截至接收到所傳送的光信號的時間。此種測量法分為脈沖法和相位法。立體視法是以用兩眼的空間視覺為基礎，并在從不同視角拍攝的兩張圖片中尋找彼此關聯的圖像元素，根據其差異獲悉立體相機的光學參數通過三角測量法來估計距離。立體系統可以被動運行(即僅使用環境光工作)，或具有?其本身的照明裝置，所述照明裝置優選生成照明圖形，以便使得在無結構場景中也能估計距離。在例如由US?7?433?024已知的另一3D成像法中，照明圖形僅由一臺相機拍攝并通過圖形分析來估計距離。

這種3D相機的視場(FOV，Field?of?View)自身通過魚眼鏡頭被限制在小于180°且在實踐中甚至通常限制在90°以下。通過使用多臺相機來擴展視場是可能的，只是要付出大量的硬件成本和調節成本。

在例如根據US?6?157?018或WO?0?176?233?A1的現有技術中已知了各種反射鏡光學元件，以便實現全景3D成像。這種相機因組合成像光學元件和串聯的反射鏡光學元件而被稱為反射折射相機。Nayar和Baker在1997年5月在新奧爾良出版的1997DARPA?Image?Understanding?Workshop論文集第1341-1437頁的“Catadioptric?image?formation(反折射成像)”一文中指出，必須滿足所謂的單視點條件來進行畸變校正。所述條件指定用于普通的反射鏡形狀如橢圓反射鏡、拋物面反射鏡、雙曲面反射鏡和錐形反射鏡。

或者也可使用多個連續排列的反射鏡，例如EP?1?141?760?B1或US?6?611?282?B1中就是如此。EP?0?989?436?A2公開一種具有鏡元件的立體全景系統，它的形狀像一個具有方形底面的倒金字塔。在US?7?710?451?B1中，借助鏡元件來劃分相機的視場，從而產生兩個虛擬相機，其被用作立體相機。WO?2012/038601?A1給兩個圖像傳感器分別分配反射鏡光學元件，以便能夠立體捕獲360°范圍。在US?6?304?285?B1中使用的一種相似的結構(但其具有另外一種反射鏡形狀)中，在三角測量法中使用了結構化的光源和單相機。這會導致結構高度過高。此外反射鏡光學元件像總體結構一樣復雜，因此不可低成本生產。

實用新型內容

因此本實用新型的任務在于，用簡單的方法來擴展3D相機的視場。

此任務通過第一方面所述的用于獲取三維圖像數據的3D相機得以實現。同時本實用新型的基本思路是，對兩部分視場進行監視，即借助反射?鏡光學元件將3D相機變成雙向相機。為此反射鏡光學元件優選具有正好兩個鏡面，所述鏡面分別產生相應的部分視場。于是兩個單獨的部分視場被監視，所述部分視場分別延伸一定的角度范圍。這兩個部分視場最好也由兩個角度范圍隔開，所述角度范圍不能被兩個鏡面捕獲，致使在這些角度中不會產生3D圖像數據。這類具有兩個鏡面的反射鏡光學元件允許相對于全景3D相機明顯簡化反射鏡光學元件的結構化設計。同時雙向圖像捕獲恰好對車輛特別有利。原因在于，盡管有些車輛可以在任意方向上運動，但是通常將所述運動限制在向前或向后運動，并且側向運動或旋轉是不可行的。因此只要捕獲車輛前面和后面的區域就足夠了。