用于3D图像采集的光学系统技术方案

一种用于3D图像采集的光学系统(100)，其中，所述光学系统(100)包括：多个光通道(100a、100b)，其中，每个光通道包括主透镜(109a、109b)、透镜阵列(103a、103b)以及一个接收矩阵(101a、101b)，其中，所述接收矩阵(101a、101b)用于基于经过所述主透镜(109a、109b)和所述透镜阵列(103a、103b)的光线创建基本图像集(300a、300b)，其中，所述接收矩阵(101a、101b)的填充度是基于经过所述主透镜(109a、109b)和所述透镜阵列(103a、103b)的所述光线的强度的；图像处理器(300)，用于基于接收矩阵(101a、101b)的所述填充度将所述多个光通道(100a、100b)的所述基本图像集(300a、300b)进行组合，从而提供组合的基本图像集(303)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3D图像采集的光学系统
本专利技术涉及一种用于3D图像采集的光学系统以及3D图像采集的方法，尤其涉及采用整体成像技术实时采集3D物体以实现视频会议和3D图像显示。
技术介绍
目前，可通过多种方式采集3D图像。在第一种实现方式中，同时采用多个摄像头采集3D物体，例如，采用立体视觉或多视点。这种实现方式需要采用大量摄像头，与视点数量对应的摄像头数量决定了物体视点的数量，且各摄像头之间的距离决定了运动视差。进行立体采集时，即采用两个摄像头时，没有足够的信息可用于重现完整的3D图像。采用立体采集时，在图像处理阶段要对额外的视点进行计算。如此一来，对于适时的视频会议而言，这种操作需要花费大量的时间，且无法完全恢复额外的视点。运动视差越大，无法恢复的图像的比例也就越大。在第二种实现方式中，采用整体成像技术采集3D物体。这种实现方式需要采用一个大尺寸的摄像头。在第三种实现方式中，基于飞行时间(TimeofFlight，简称TOF)方法采集3D物体，该方法采用极其复杂和昂贵的基于微光机电系统(Micro-Opto-Electro-MechanicalSystem，简称MOEMS)的高速光调制器。为了保证用于视频会议的3D图像有一个合适的观察角度，相应地，进行图像采集时就需要有不同的视点，也称为不同的物体视点或视角。从不同的视点拍摄人物或人脸时，例如，不同的视点之间要相隔一定的距离，该距离等于人眼间的平均距离，大约为65mm。如此一来，进行立体采集时，需要大量的视点。类似地，在正在聊天的人转头这一场景下，也需要很多视点。一个摄像头的主透镜的直径大约为200mm。额外的视点，即运动视差，提供了必要的3D场景视角的感知集，并拥有“环顾”物体的属性。运动视差越高，或者3D物体的观察角度越大，那么边缘视点之间的距离也就越大。在视频会议应用中，相较于人头部的平均尺寸而言，接收的光学系统的尺寸更大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简易的3D物体采集技术。该目的通过独立权利要求中的特征来实现。通过结合从属权利要求、说明书和附图，进一步的实现方式将会变得更加清楚。本专利技术提供了一种多光通道3D物体采集的简易方案。该3D图像采集技术可包括：采用两个或更多光电通道采集3D图像，并对采集到的数据进行后续图像处理，从而获得来自所有光电通道的组合的3D场景信息。每个通道可包括主透镜、微透镜阵列以及接收矩阵。可以将暗平面置于两个不同光通道的旁边或之间，从而通过消除如下所述的周围杂光效应提高方案性能。基于整体成像技术，每个通道可以用作3D图像采集的系统。物体的全部区域可包括每个通道分别采集的数据以及来自后续相互组合的邻近通道的数据。采用整体成像技术，即3D摄像头，弥补了信息缺乏这一缺点。小3D摄像头数量的减少避免了大尺寸系统这一缺点。采用3D摄像头以及简易图像处理，避免了信息缺乏、摄像头尺寸大以及摄像头数量大的缺点，其中，摄像头的数量等于视角的数量。本专利技术的优势在于有大量的真正的3D物体视角、较少的摄像头、更小的尺寸以及简易的图像处理。下面描述的基本场景包括光学系统，其包括主透镜、柱面微透镜阵列以及接收矩阵。在这样的系统中传播的光线在接收矩阵创建了基本图像集。所述微透镜阵列的每一个透镜都可以在全角2ω下接收光线。所述主透镜用于采用其光圈保证全角2ω，因此，3D采集场景的尺寸限于2ω和主透镜的光圈。所述光圈以及所述主透镜的2ω越大，视角也就越多，所述光学系统的尺寸也就越多。本专利技术各方面提供了在不增加主透镜尺寸的前提下增加视角数量的技术。为了对本专利技术进行详细描述，将采用下面的术语、缩写以及符号。TOF：飞行时间MOEMS：微光机电系统3D：三维EIS：基本图像集根据第一方面，本专利技术涉及一种用于3D图像采集的光学系统，其中，所述光学系统包括：多个光通道，其中，每个光通道包括主透镜、透镜阵列以及接收矩阵，其中，所述接收矩阵用于基于经过所述主透镜和所述透镜阵列的光线创建基本图像集，其中，所述接收矩阵的填充度是基于经过所述主透镜和所述透镜阵列的光线的强度的；图像处理器，用于基于接收矩阵的填充度将所述多个光通道的基本图像集进行组合，从而生成组合的基本图像集。基于接收矩阵的填充度将所述多个光通道的基本图像集进行组合，使得在不增加所述光学系统的尺寸的前提下，增加3D采集场景的全景角度以及所述场景的尺寸。主透镜采用同一光圈时，两个通道的3D采集场景比一个通道的场景大4倍。因此，所述光学系统实现了简易3D物体采集技术。根据第一方面，在光学系统的第一种可能的实现方式中，所述多个光通道的每个透镜阵列包括多个微透镜；特定光通道的特定接收矩阵的填充度是基于经过所述特定光通道的所述透镜阵列的所述微透镜的光线累积强度的。采用包括多个微透镜的透镜阵列可减小所述透镜阵列的尺寸。可以采用简洁和空间高效利用的方式实现所述光学系统。根据第一方面的第一种实现方式，在光学系统的第二种可能的实现方式中，所述特定接收矩阵的第一部分是完全填充了有用信息的，所述特定接收矩阵的第二部分仅仅是部分填充了有用信息的。当所述接收矩阵的第一部分完全填充了有用信息，且第二部分仅仅是部分填充了有用信息时，通过将不同接收矩阵的第二部分进行组合，可以提高所述光学系统的效率，使得生成的部分完全填充或几乎完全填充了有用信息。因此，可减少所述光学系统的尺寸，而不会造成信息丢失；或者可在采用相同大小的光学系统时增加信息量。根据第一方面的第一或第二种实现方式，在光学系统的第三种可能的实现方式中，所述特定接收矩阵的所述填充度是基于所述特定光通道的所述透镜阵列的所述微透镜的光圈角度的。这有利于增加所述微透镜的光圈角度，以提高所述接收矩阵的填充度，这也意味着可以采集更多光线，即收集更多信息。根据第一方面的第三种实现方式，在光学系统的第四种可能的实现方式中，所述光圈角度是基于所述主透镜的光圈的。由于所述光线首先经过所述主透镜，再经过所述微透镜，这有利于增加了所述主透镜的光圈，从而采集更多光线。根据第一方面的第三或第四种实现方式，在光学系统的第五种可能的实现方式中，所述光圈角度从所述特定光通道的所述透镜阵列的边界区域到中心区域是递增的。此特征可用于将一个透镜阵列的边界区域与另一透镜阵列的边界区域进行组合，从而将有用信息进行集中起来。根据第一方面的第三至第五种实现方式中的任一实现方式，在光学系统的第六种可能的实现方式中，所述特定光通道的所述透镜阵列的特定微透镜的光圈角度是基于所述特定光通道的所述透镜阵列内的所述特定微透镜位置的。该位置可用于指示所述特定光通道的所述接收矩阵的填充度。可以基于所述位置信息将不同的接收矩阵进行组合或重叠。根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在光学系统的第七种可能的实现方式中，所述光学系统包括置于所述光通道旁边或之间的多个暗平面，其中，所述暗平面用于消除周围的杂光效应。采用暗平面时可消除周围的杂光效应，从而改进所述采集图像的的对比度。根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在光学系统的第八种可能的实现方式中，所述图像处理器用于通过将接收矩阵的竖列进行组合，将所述多个基本图像集进行组合。当将所述接收矩阵的竖列进行组合时，容易执行所述组合方案。根据第一方面或第一方面的上述任一实现方式，在光学系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D图像采集的光学系统(100)，其特征在于，所述光学系统(100)包括：多个光通道(100a、100b)，其中，每个光通道包括主透镜(109a、109b)、透镜阵列(103a、103b)以及接收矩阵(101a、101b)，其中所述接收矩阵(101a、101b)用于基于经过所述主透镜(109a、109b)和所述透镜阵列(103a、103b)的光线创建基本图像集(300a、300b)，其中，所述接收矩阵(101a、101b)的填充度是基于经过所述主透镜(109a、109b)和所述透镜阵列(103a、103b)的光线的强度的；图像处理器(300)，用于基于所述接收矩阵(101a、101b)的填充度将所述多个光通道(100a、100b)的基本图像集(300a、300b)进行组合，从而生成组合的基本图像集(303)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于3D图像采集的光学系统(100)，其特征在于，所述光学系统(100)包括：多个光通道(100a、100b)，其中，每个光通道包括主透镜(109a、109b)、透镜阵列(103a、103b)以及接收矩阵(101a、101b)，其中所述接收矩阵(101a、101b)用于基于经过所述主透镜(109a、109b)和所述透镜阵列(103a、103b)的光线创建基本图像集(300a、300b)，其中，所述接收矩阵(101a、101b)的填充度是基于经过所述主透镜(109a、109b)和所述透镜阵列(103a、103b)的光线的强度的；图像处理器(300)，用于基于所述接收矩阵(101a、101b)的填充度将所述多个光通道(100a、100b)的基本图像集(300a、300b)进行组合，从而生成组合的基本图像集(303)。2.根据权利要求1所述的光学系统(100)，其特征在于：所述多个光通道(100a、100b)的每个透镜阵列(103a、103b)包括多个微透镜；其中特定光通道(100a)的特定接收矩阵(101a)的填充度是基于经过所述特定光通道(100a)的所述透镜阵列(103a)的所述微透镜的光线累积强度的。3.根据权利要求2所述的光学系统(100)，其特征在于：所述特定接收矩阵(101a)的第一部分(120)是完全填充了有用信息的，所述特定接收矩阵(101a)的第二部分(122、124)仅仅是部分填充了有用信息的。4.根据权利要求2或3所述的光学系统(100)，其特征在于：所述特定接收矩阵(101a)的所述填充度是基于所述特定光通道(100a)的所述透镜阵列(103a)的所述微透镜的光圈角度的。5.根据权利要求4所述的光学系统(100)，其特征在于：所述光圈角度是基于所述主透镜(109a)的光圈(115)的。6.根据权利要求4或5所述的光学系统(100)，其特征在于：所述光圈角度从所述特定光通道(100a)的所述透镜阵列(103a)的边界区域到中心区域是递增的。7.根据权利要求4至6任一项所述的光学系统(100)，其特征在于：所述特定光通道(100a)的所述透镜阵列(103a)的特定微透镜的光圈角度是基于所述特定光通道(100a)的所述透镜阵列(103a)内的所述特定微透镜位置的。8.根据上述权利要求中的任一项所述的光学系统(100)，其特征在于，包括：置于所述光通道(100a、100b)旁边和/或之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安吉拉·柳得维戈夫娜·斯托洛日娃，尼古拉·伊万诺维奇·彼得洛夫，弗拉迪斯拉夫·根纳蒂耶维奇·尼基京，马克西姆·尼古列维奇·克洛莫夫，尤里·米哈伊洛维奇·索科洛夫，阿历桑德罗·特切蒂宁，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44