成像裝置、三維成像系統(tǒng)及三維成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維成像用成像裝置，以該成像裝置構(gòu)建的三維成像系統(tǒng)與三維成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于三維場(chǎng)景存在縱深信息而具有立體感，人眼之所以能夠感受三維場(chǎng)景的立體感，是由于人橫向并排布置的兩眼相距一定間距，從而對(duì)于同一場(chǎng)景在同時(shí)刻的觀察視角存在差異，該差異也稱(chēng)為視差，兩眼觀察到的兩幅具有視差的圖像經(jīng)視覺(jué)神經(jīng)中樞的融合反射及視覺(jué)心理反應(yīng)便產(chǎn)生了三維立體感。
[0003]公布號(hào)為CN103188424A的專(zhuān)利文獻(xiàn)中公布了一種三維成像模組，即三維成像系統(tǒng)，其包括第一成像單元、第二成像單元、存儲(chǔ)器、色彩分離單元、對(duì)焦驅(qū)動(dòng)單元及圖像合成單元；在工作過(guò)程中，第一成像單元及第二成像單元用于同時(shí)以不同視角捕捉同一場(chǎng)景的圖像，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)第一成像單元及第二成像單元所捕捉的圖像，色彩分離單元用于將第一成像單元及第二成像單元所捕捉到的圖像分別用紅、綠、藍(lán)三原色表示，對(duì)焦驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)第一成像單元及第二成像單元進(jìn)行對(duì)焦，圖像合成單元用于將第一成像單元及第二成像單元所捕捉的圖像進(jìn)行合成得到三維圖像。
[0004]由于該三維成像模組采用兩套圖像傳感器進(jìn)行成像，導(dǎo)致其體積大，不適合在內(nèi)窺鏡等對(duì)體積要求高的設(shè)備中使用；如果采用單聚焦機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)鏡頭進(jìn)行同步調(diào)焦，難以將兩個(gè)圖像傳感器進(jìn)行共面安裝，導(dǎo)致其組裝工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種三維成像用的成像裝置；
本發(fā)明的另一目的是提供一種以上述成像裝置構(gòu)建的三維成像系統(tǒng)；
本發(fā)明的另一目的是提供一種可使用上述三維成像系統(tǒng)進(jìn)行三維成像的三維成像方法;
本發(fā)明的另一目的是提供一種以上述成像裝置構(gòu)建的內(nèi)窺鏡；
本發(fā)明的另一目的是提供一種以上述成像裝置構(gòu)建的監(jiān)控用成像裝置；
本發(fā)明的另一目的是提供一種以上述成像裝置構(gòu)建的監(jiān)控系統(tǒng)；
本發(fā)明的再一目的是提供一種以上述成像裝置構(gòu)建的移動(dòng)終端設(shè)備。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述主要目的，本發(fā)明提供一種三維成像用的成像裝置，其包括第一鏡頭、第二鏡頭及圖像傳感器；第一鏡頭與第二鏡頭并排布置；第一鏡頭與第二鏡頭用于在同時(shí)刻對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行取像，以獲取存在視差的第一圖像與第二圖像；圖像傳感器的靶面包括第一感光區(qū)與第二感光區(qū)，第一感光區(qū)與第二感光區(qū)相互分離，即第一感光區(qū)與第二感光區(qū)為該圖像傳感器的靶面上相互無(wú)重疊部分的兩個(gè)區(qū)域，第一圖像經(jīng)第一鏡頭投射至第一感光區(qū)，第二圖像經(jīng)第二鏡頭投射至第二感光區(qū)。
[0007]由以上方案可見(jiàn)，由于同個(gè)圖像傳感器同時(shí)接收來(lái)自第一鏡頭及第二鏡頭所投射的圖像，與現(xiàn)有技術(shù)中的每個(gè)鏡頭分別向一個(gè)圖像傳感器投射圖像的技術(shù)方案相比，少用一套圖像傳感器驅(qū)動(dòng)電路，不僅可有效地降低其體積，使具有該成像裝置的三維成像系統(tǒng)適合于在內(nèi)窺鏡等對(duì)體積要求較高的設(shè)備中使用，而且降低成本；如果采用單個(gè)成像調(diào)焦機(jī)構(gòu)對(duì)兩個(gè)鏡頭進(jìn)行同步調(diào)焦，不存在需要將兩個(gè)圖像傳感器進(jìn)行調(diào)整至共面布置的問(wèn)題，簡(jiǎn)化成像裝置的裝配工藝。此外，由于圖像傳感器同時(shí)對(duì)兩個(gè)鏡頭所投射的圖像進(jìn)行接收，便于兩個(gè)鏡頭進(jìn)行同步成像，可有效地確保兩個(gè)鏡頭為同時(shí)進(jìn)行取像，而且拍攝的幀率僅受限于圖像傳感器，可有效地確保一些用途對(duì)幀率的要求。
[0008]具體的方案為還包括成像調(diào)焦機(jī)構(gòu)，該成像調(diào)焦機(jī)構(gòu)包括一個(gè)成像調(diào)焦致動(dòng)器，該成像調(diào)焦致動(dòng)器用于同時(shí)驅(qū)動(dòng)第一鏡頭及第二鏡頭進(jìn)行同步調(diào)焦。與采用兩套成像調(diào)焦機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)地對(duì)兩套鏡頭進(jìn)行調(diào)焦相比，可有效地確保兩個(gè)鏡頭能夠進(jìn)行同步調(diào)焦且簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供一種三維成像系統(tǒng)，其包括成像裝置及處理器；成像裝置包括第一鏡頭、第二鏡頭及圖像傳感器；第一鏡頭與第二鏡頭并排布置，第一鏡頭與第二鏡頭用于在同時(shí)刻對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行取像，以獲取存在視差的第一圖像與第二圖像；圖像傳感器的靶面包括第一感光區(qū)與第二感光區(qū)，第一感光區(qū)與第二感光區(qū)相互分離，即第一感光區(qū)與第二感光區(qū)為同個(gè)圖像傳感器的靶面上相互無(wú)重疊部分的兩個(gè)區(qū)域，第一圖像經(jīng)第一鏡頭投射至第一感光區(qū)，第二圖像經(jīng)第二鏡頭投射至第二感光區(qū)；處理器用于將圖像傳感器獲取的圖像分割成存在視差的兩幅二維圖像，兩幅二維圖像與第一圖像及第二圖像一一對(duì)應(yīng)；處理器還用于將兩幅二維圖像合成一幅三維圖像。
[0010]一個(gè)具體的方案為第一鏡頭及第二鏡頭與圖像傳感器之間分別設(shè)有一根柱狀透鏡或一束傳像光纖。
[0011]另一個(gè)具體的方案為圖像傳感器為彩色圖像傳感器，且其數(shù)量為一片。
[0012]另一個(gè)具體的方案為圖像傳感器為單色圖像傳感器，且其數(shù)量為三片；成像裝置還包括分光棱鏡組，分光棱鏡組設(shè)于第一鏡頭及第二鏡頭與單色圖像傳感器之間，即分光棱鏡組用于將第一鏡頭及第二鏡頭對(duì)同一場(chǎng)景在同時(shí)刻獲取的圖像經(jīng)分光后對(duì)應(yīng)地投射至三片單色圖像傳感器的靶面的兩個(gè)相對(duì)分離的感光區(qū)內(nèi)。與單片彩色圖像傳感器相比，可有效提高獲取圖像的分辨率及色彩還原性。
[0013]更具體的方案為第一鏡頭及第二鏡頭與分光棱鏡組之間分別設(shè)有一根柱狀透鏡或一束傳像光纖。
[0014]另一個(gè)具體的方案為上述成像裝置還包括成像調(diào)焦機(jī)構(gòu)；該成像調(diào)焦機(jī)構(gòu)包括一個(gè)成像調(diào)焦致動(dòng)器，該成像調(diào)焦致動(dòng)器用于同時(shí)驅(qū)動(dòng)第一鏡頭及第二鏡頭進(jìn)行同步調(diào)焦。
[0015]—個(gè)優(yōu)選的方案為上述三維成像系統(tǒng)還包括三維投影裝置，該三維投影裝置包括投影光源、光束調(diào)制器、第一投影鏡頭及第二投影鏡頭；處理器根據(jù)三維圖像記載的圖像信息控制光束調(diào)制器對(duì)投影光源產(chǎn)生的光束進(jìn)行調(diào)制并投射出兩束光束，從光束調(diào)制器投射出的兩束光束對(duì)應(yīng)地從第一投影鏡頭與第二投影鏡頭投射出，該光束調(diào)制器為DMD芯片或液晶片。采用單液晶片或DMD芯片進(jìn)行投影，可以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路，便于采用單個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)兩個(gè)投影鏡頭進(jìn)行同步調(diào)焦，有效地降低整個(gè)三維投影裝置的體積，且便于同時(shí)在兩個(gè)投影鏡頭上投射出同一幀三維圖像，有效地確保兩個(gè)投影鏡頭進(jìn)行同步投射。
[0016]更優(yōu)選的方案為三維投影裝置還包括投影調(diào)焦機(jī)構(gòu)；該投影調(diào)焦機(jī)構(gòu)包括一個(gè)投影調(diào)焦致動(dòng)器，投影調(diào)焦致動(dòng)器用于同時(shí)驅(qū)動(dòng)第一投影鏡頭及第二投影鏡頭進(jìn)行同步調(diào)焦。
[0017]為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供一種三維成像方法，包括以下步驟:成像步驟，圖像傳感器的靶面的第一感光區(qū)接收第一圖像，該靶面的第二感光區(qū)同時(shí)接收第二圖像，以生成第三圖像；第一感光區(qū)與第二感光區(qū)相互分離，第一圖像及第二圖像為同時(shí)刻對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行取像獲得的圖像，第一圖像與第二圖像存在視差；分割步驟，將成像步驟獲得的第三圖像分割成兩幅二維圖像，兩幅二維圖像與第一圖像及第二圖像一一對(duì)應(yīng)；合成步驟，將分割步驟獲得的兩幅二維圖像合成一幅三維圖像。該三維成像方法可采用只具有單片圖像傳感器的成像裝置進(jìn)行三維成像，便于成像裝置的成像調(diào)焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行同步調(diào)焦，可有效地簡(jiǎn)化成像裝置的結(jié)構(gòu)及減小體積。
[0018]具體的方案為圖像傳感器為單色圖像傳感器，且其數(shù)量為三片；在成像步驟中，第一圖像及第二圖像經(jīng)分光棱鏡組分光后分別對(duì)應(yīng)地投射在單色圖像傳感器上；還包括疊加步驟，將三片單色圖像傳感器獲得的三幅圖像疊加生成用于分割步驟進(jìn)行分割的圖像?？捎行岣攉@取三維圖像的分辨率及色彩還原性。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供一種內(nèi)窺鏡，其包括插入管及三維成像單元；三維成像單元包括第一鏡頭、第二鏡頭及圖像傳感器；第一鏡頭與第二鏡頭用于在同時(shí)刻對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行取像，以獲取存在視差的第一圖像與第二圖像；圖像傳感器的靶面包括第一感光區(qū)與第二感光區(qū)，第一感光區(qū)與第二感光區(qū)相互分離，第一圖像經(jīng)第一鏡頭投射至第一感光區(qū)，第二圖像經(jīng)第二鏡頭投射至第二感光區(qū)；第一鏡頭包括第一取像鏡頭、第一聚焦鏡組及設(shè)于第一取像鏡頭與第一聚焦鏡組之間的第一傳像體；第二鏡頭包括第二取像鏡頭、第二聚焦鏡組及設(shè)于第二取像鏡頭與第二聚焦鏡組之間的第二傳像體；第一取像鏡頭與第二取像鏡頭并排地布置在插入管的前端口 ；第一傳像體與第二傳像體穿過(guò)插入管并從插入管的后端口伸出。
[0020]由以上方案可見(jiàn)，，由于采用單個(gè)圖像傳感器，對(duì)第一傳像體與第二傳像體之間的間距可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行布置，在提供三維成像的前提下有效地降低插入管的橫截面面積；此外，可以有效地確保第一鏡頭與第二鏡頭同步進(jìn)行取像。
[0021]具體的方案為第一傳像體與第二傳像體為柱狀透鏡或光纖。確保圖像在傳像體內(nèi)進(jìn)行無(wú)損傳輸。
[0022]第一傳像體與第二傳像體優(yōu)選同為柱狀透鏡或同為光纖，確保圖像在兩個(gè)傳像體內(nèi)進(jìn)行無(wú)損及同步地傳輸。
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