一种三维成像系统及三维图像构建方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种三维成像系统及三维图像构建方法。系统包括：双摄像头模组，用于同时拍摄目标成像对象；图像处理模块，用于根据双摄像头模组拍摄的图像信息进行参数标定和参数矫正，并根据标定的参数及校正后标定参数构建三维图像；图像处理控制模块，用于触发所述图像处理模块开始进行图像处理；图像显示模块，与图像处理控制模块的输出端连接，用于接收并显示经过处理的三维图像；其中，双摄像头模组固定在同一平面上，并与所述图像处理模块、图像处理控制模块集成于同一电路板上。本发明专利技术实施例缩小了双摄像头三维成像系统的体积，扩大了其使用范围，降低了制造成本，图像处理模块还可以对标定参数进行校正解决了深度信息误差大的问题。

A three-dimensional imaging system and a three-dimensional image construction method

An embodiment of the invention discloses a three-dimensional imaging system and a three-dimensional image construction method. The system includes: double camera module, at the same time for shooting the target object imaging; image processing module for image information according to the parameters of the dual camera shooting module calibration and correction parameters, and according to the calibration parameters and corrected calibration parameters for constructing 3D image; image processing module, image processing module is used to trigger the start of image image processing; image processing and display module, the output control module is connected for receiving and displaying the 3D image processing; the dual camera module is fixed on the same plane, and the image processing module, image processing module integrated on a circuit board. The embodiment of the invention reduces the volume of the dual camera 3D imaging system, expands the scope of its use, and reduces the manufacturing cost. The image processing module can also calibrate the calibration parameters to solve the problem of large error in depth information.

【技术实现步骤摘要】
一种三维成像系统及三维图像构建方法
本专利技术实施例涉及图像处理技术，尤其涉及一种三维成像系统及三维图像构建方法。
技术介绍
目前的三维成像系统，大部分由两个摄像机模组组成，也可由单个摄像机模组构成。对于由两个摄像机模组组成的系统，在两个摄像机固定后，相对位置不能发生变化。在成像过程中，首先要对两个摄像机模组进行参数标定，获取两个摄像机的内参数矩阵A和外参数R、T。用该成像系统对任意场景进行拍摄，利用标定参数对拍摄的两幅图片进行特征匹配、深度计算得到图像中不同像点的深度信息，最终构建并显示三维图像。但是，当前的三维成像系统，包括由两个摄像机模组组成的和单个摄像机模组组成的成像系统，体积均比较庞大，不方便携带，不能适用在如可移动设备中，且成本较高，从而限制了其使用范围。此外，在标定摄像机的内参数和外参数后，未对内参数矩阵A和外参数R、T进行校正，导致最后计算出来的深度信息存在很大误差，限制了其使用性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种三维成像系统及三维图像构建方法，以实现三维成像系统的小型化，便于携带，扩大了三维成像系统的适用范围，使三维坐标计算更加准确，提高了三维重构的准确率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种三维成像系统，该系统包括：双摄像头模组，用于同时拍摄目标成像对象；图像处理模块，用于根据所述双摄像头模组拍摄的图像信息进行参数标定和参数矫正，并根据标定的参数及校正后的标定的参数构建三维图像；图像处理控制模块，用于触发所述图像处理模块开始进行图像处理；图像显示模块，与所述图像处理控制模块的输出端连接，用于接收并显示经过所述图像处理模块处理的三维图像；其中，所述双摄像头模组固定在同一平面上，并与所述图像处理模块、图像处理控制模块集成于同一电路板上。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种三维图像构建方法，该方法包括：分别获取左侧摄像头模组所拍摄的棋盘格的第一图像和右侧摄像头模组所拍摄的棋盘格的第二图像；分别根据第一图像和第二图像对左侧摄像头模组和右侧摄像头模组各自的内参和外参进行标定；根据所述标定后的内参和外参进行立体标定，以确定左侧摄像头模组与右侧摄像头模组之间相对的平移向量和旋转矩阵；根据第一图像、第二图像、标定后的内参和外参、平移向量和旋转矩阵，对左侧摄像头模组和右侧摄像头模组各自标定后的内参和外参进行立体校正；根据立体校正后的内参和外参对左侧摄像头模组和右侧摄像头模组拍摄的图像构建目标成像对象的三维图像。本专利技术实施例通过将双摄像头模组、图像处理模块、图像处理控制模块集成于同一个电路板上，缩小了双摄像头三维成像系统的体积，扩大了其使用范围，降低了制造成本，此外图像处理模块还可以对标定参数进行校正，利用校正后的参数构建三维图像，解决了深度信息误差大的问题，能够获得立体效果更佳的三维图像。附图说明图1是本专利技术实施例一中的三维成像系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例一中的双摄像头模组固定在同一平面上与图像处理模块、图像处理控制模块集成于同一电路板的实物图；图3是本专利技术实施例二中的三维图像构建方法的流程图；图4是本专利技术实施例二中的棋盘格实物图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的三维成像系统的结构示意图，本实施例可适用于获取三维图像的情况。如图1所示，该三维成像系统具体包括：双摄像头模组110，用于同时拍摄目标成像对象。其中，一个摄像头模组包含一个摄像头及成像传感器，一个摄像头由多个镜头组成。在本系统中采用了两个摄像头模组来代替传统三维成像系统中的呈一定角度放置的两个摄像机，且两个摄像头模组固定于同一平面上，当需要拍摄获得三维图像时，由双摄像头模组同时对成像对象进行拍摄，获得两个不同的图像，再对这两个图像进行处理得到最终的三维图像。图像处理模块120，用于根据所述双摄像头模组拍摄的图像信息进行参数标定和参数矫正，并根据标定的参数及校正后的标定的参数构建三维图像。具体的，当图像处理模块120接收到摄像头模组的图像信息后，图像处理模块120会进行参数标定，进行参数标定首先是根据双摄像头模组拍摄的棋盘格图像信息进行单目标定，用在同一平面上的连双摄像头模组中左侧摄像头模组拍摄得到的图像信息标定左侧摄像头模组的内参数和外参数，右侧摄像头模组拍摄得到的图像信息标定右侧摄像头模组的内参数和外参数，其中内参数包括内参数矩阵A(fx和fy为摄像机在x方向和y方向的等效焦距；cx和cy为主点坐标，成像系统光轴与感光平面垂直相交，若倾斜相交，则存在倾斜因子α)及畸变参数，外参数包括旋转矩阵R和平移向量T。然后利用单目标定的结果进行立体标定，计算左右摄像头模组的相对参数，主要是左右摄像头模组之间相对的平移向量T和旋转矩阵R。参数矫正即是对在参数标定后获得的内参数和外参数进行校正，主要包括：焦距校正，利用标定出的畸变参数对及内参数矩阵，对内参数矩阵中的焦距进行校正计算，保证左、右摄像头模组的物、像放大率一致，提高立体匹配精度；双摄像头模组110内参数矩阵A中主点坐标的校正，分别利用摄像头模组拍摄的棋盘格图像的左上、左下、右上、右下四个边界点及标定的内参数、外参数、校正后的焦距对主点坐标进行校正计算，由于旋转、平移的存在，保证之后的拍摄过程中左、右摄像头模组110拍摄的图像能存留更多的信息；外参数的校正，根据立体标定出的左、右摄像头模组坐标系的相对位置关系的平移向量T和旋转矩阵R进行校正，保证左、右图像中的水平线平行，满足对极线约束。此外，在进行三维图像构建时，首先要根据校正后的图像进行像素点特征匹配，再进行三维图像构建，常用的匹配方法包括绝对误差和算法SAD(SumofAbsoluteDifferences)、误差平方和算法SSD(SumofSquaredDifferences)、相关匹配法等。图像处理模块120的功能可由图像信号处理芯片实现。图像处理控制模块130，用于触发所述图像处理模块120开始进行图像处理。图像处理控制模块130包括电源单元，时钟单元，输入单元，输出单元，其中，电源单元，用于为所述图像处理模块120提供电压；触发单元，用于接收触发信号以触发所述图像处理模块120开始进行图像处理；输入单元，用于接收所述图像处理模块120输出的数据；输出单元，用于将所接收的数据输出到图像显示模块140。图像处理控制模块的功能由现场可编程门阵列电路实现。双摄像头模组固定在同一平面上与图像处理模块、图像处理控制模块集成于同一电路板上。图像显示模块140，与所述图像处理控制模块130的输出端连接，用于接收并显示经过所述图像处理模块120处理的三维图像。具体的，图像显示模块140可以是计算机，图像处理控制模块130的输出端通过USB线与计算机相连，将三维图像显示到计算机的显示屏幕上。图像显示模块140也可以是终端屏幕(如手机、平板电脑等便携设备)，直接将集成于同一电路板的双摄像头模组、图像处理模块、图像处理控制模块直接耦合到终端中，经拍摄、处理、构建后的三维图像直接在终端屏幕中进行显示。其中，芯片、电路板的尺寸可根据终本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维成像系统，其特征在于，包括：双摄像头模组，用于同时拍摄目标成像对象；图像处理模块，用于根据所述双摄像头模组拍摄的图像信息进行参数标定和参数矫正，并根据标定的参数及校正后的标定的参数构建三维图像；图像处理控制模块，用于触发所述图像处理模块开始进行图像处理；图像显示模块，与所述图像处理控制模块的输出端连接，用于接收并显示经过所述图像处理模块处理的三维图像；其中，所述双摄像头模组固定在同一平面上，并与所述图像处理模块、图像处理控制模块集成于同一电路板上。

【技术特征摘要】
1.一种三维成像系统，其特征在于，包括：双摄像头模组，用于同时拍摄目标成像对象；图像处理模块，用于根据所述双摄像头模组拍摄的图像信息进行参数标定和参数矫正，并根据标定的参数及校正后的标定的参数构建三维图像；图像处理控制模块，用于触发所述图像处理模块开始进行图像处理；图像显示模块，与所述图像处理控制模块的输出端连接，用于接收并显示经过所述图像处理模块处理的三维图像；其中，所述双摄像头模组固定在同一平面上，并与所述图像处理模块、图像处理控制模块集成于同一电路板上。2.根据权利要求1所述的三维成像系统，其特征在于，所述图像处理控制模块包括电源单元，时钟单元，输入单元，输出单元，其中，电源单元，用于为所述图像处理模块提供电压；触发单元，用于接收触发信号以触发所述图像处理模块开始进行图像处理；输入单元，用于接收所述图像处理模块输出的数据；输出单元，用于将所接收的数据输出到图像显示模块。3.根据权利要求1所述的三维成像系统，其特征在于，所述图像处理模块的功能由图像信号处理芯片实现。4.根据权利要求1所述的三维成像系统，其特征在于，所述图像处理控制模块的功能由现场可编程门阵列电路实现。5.一种三维图像构建方法，其特征在于，包括：分别获取左侧摄像头模组所拍摄的棋盘格的第一图像和右侧摄像头模组所拍摄的棋盘格的第二图像；分别根据第一图像和第二图像对左侧摄像头模组和右侧摄像头模组各自的内参和外参进行标定；根据所述标定后的内参和外参进行立体标定，以确定左侧摄像头模组与右侧摄像头模组之间相对的平移向量和旋转矩阵；根据第一图像、第二图像、标定后的内参和外参、平移向量和旋转矩阵，对左侧摄像头模组和右侧摄像头模组各自标定后的内参和外参进行立体校正；根据标定的内参和外参及立体校正后的内参和外参对左侧摄像...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鑫，贺遥，阳志文，
申请(专利权)人：上海兴芯微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31