自适应三维立体成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应三维立体成像系统，基于光场技术，包括成像部分和与之可拆卸地连接的镜头部分；成像部分包括传感器和反射镜，将捕获的光场图像传输至传感器；镜头部分包括第一相机镜头与第二相机镜头，第一相机镜头与第二相机镜头分别位于镜头部分的后部和前部，二者中间放置一个入瞳平面和匹配装置，该入瞳平面和匹配装置能够与第二相机镜头的不同焦距相适应，在第一相机镜头和入瞳平面和匹配装置之间形成内部反射单元，该内部反射单元用于将所述捕获的光场图像分解并折射成具有不同角度偏移的多个次级图像。由于本发明专利技术提供的三维成像系统是能够拆卸的，因此能够较容易地将普通相机转变为3D相机，生成立体图像，成本低并且便于操作。

Adaptive three-dimensional stereoscopic imaging system

An adaptive three-dimensional imaging system based on an optical field technique, including an imaging part and a detachable lens part, which includes a sensor and a reflector to transmit the captured light field images to the sensor; the lens section includes a first camera lens and a second camera lens, first. The camera lens and the second camera lens are located in the rear and the front part of the lens part respectively. The two is placed in the middle of the pupil plane and the matching device. The pupil plane and the matching device can be adapted to the different focal length of the second camera lens. The internal reflection unit is formed between the first camera lens and the pupil plane and the matching device. The internal reflection unit is used to decompose and capture the captured light field image into multiple secondary images with different angles. As the three-dimensional imaging system provided by the invention can be disassembled, it is easier to transform a common camera into a 3D camera to generate a stereoscopic image with low cost and easy operation.

【技术实现步骤摘要】
自适应三维立体成像系统
本专利技术属于单眼立体成像领域，特别涉及一种基于光场技术的自适应三维立体成像系统。
技术介绍
现有技术中有多种相机能够捕捉三维图像。最普通的是两个完全相同的相机线性排列并相隔一定距离，模拟人眼的工作方式。然而立体相机的费用昂贵，而且距离知觉受到摄相距离的影响很大。另一种简单的解决方式是在相机前增加两个反光镜箱，左反光镜箱作为左眼视线，右反光镜箱作为右眼视线。投射到相机传感器的图像为三维图像。这种设置的好处是便宜，但是缺点是三维深度有限并且分辨率比较低。为了解决这些问题，一些公司开发了激光辅助相机和全光相机来捕捉三维图像。激光辅助相机具有高分辨率相机，激光发光器和传感器。因为距离知觉是通过激光反射率来计算的，因此这种安排能够捕捉到高准确率三维深度。但是，除了昂贵以外，这种装置的用户接口感受较差。而光场相机(lightfieldcamera)又称为全光相机(Plenopticcamera)，是一种比较先进的设计，与传统的相机仅记录光线强度不同，全光相机不仅记录不同位置下光的强度和颜色，也记录不同位置下光线的方向。一种光场相机将微透镜阵列放在传统摄像传感器之前来感测强度、颜色和方向信息；多相机阵列是另外一种光场相机；而全像摄影是再一种基于胶片的光场相机成像技术。其中第一种能够直接捕捉光场图像，该相机具有能够将光场分别并以一定模式反射到传感器像素的微透镜阵列。可以通过计算机图像处理提取该三维图像和深度图。这种全光相机的主要缺点是其仅能捕捉一个方向/轴的光场图像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种节省成本，同时解决上述技术问题的全光相机，其内部具有能够捕捉目标图像多角度的反射单元，在图像处理后能够产生三维立体图像和深度图。本专利技术的一个方面在于提供一种自适应三维立体成像系统，包括成像部分和与之可拆卸地连接的镜头部分；所述成像部分包括传感器和反射镜，将捕获的光场图像传输至所述传感器；所述镜头部分包括第一相机镜头与第二相机镜头，该第一相机镜头与该第二相机镜头分别位于镜头部分的后部和前部，二者中间放置一个入瞳平面和匹配装置，该入瞳平面和匹配装置能够与第二相机镜头的不同焦距相适应，在第一相机镜头和所述入瞳平面和匹配装置之间形成内部反射单元，该内部反射单元用于将所述捕获的光场图像分解并折射成具有不同角度偏移的多个次级图像。本专利技术的另一个方面在于提供一种成像系统一种三维成像系统，其中所述成像部分还包括捕获光场图像的复眼透镜，该复眼透镜将该捕获的光场图像传输至所述传感器；所述复眼透镜为多个微镜头阵列，每个微镜头的半径、厚度和阵列间距与所述传感器的尺寸相关。所述第一相机镜头和所述第二相机镜头的光圈和焦距可调节，且所述第二相机镜头为可替换的镜头。所述第二相机镜头的光圈比内部反射单元的尺寸大。所述入瞳平面和匹配装置为瞳镜头，该瞳镜头的直径大于所述内部反射单元的直径，并且允许所述光场图像的入射光线在所述内部反射单元中进行折射。每个所述次级图像具有场景的细微不同，基于下列等式(1)和(2)来计算内部反射单元的尺寸和每个次级图像的焦距：其中，FOV是所述第二相机镜头的视场；n是所述内部反射单元的折射率；r是内部折射的次数；Z是所述内部反射单元的尺寸；flens是所述第二相机镜头的焦距；fsub是所述次级图像的焦距。本专利技术提供的成像系统能够从不同角度捕捉三维图像，制作简便，并且能于现有的全光成像系统相结合，由于本专利技术提供的三维成像系统是能够拆卸的，因此能够较容易地将普通相机转变为3D相机，生成立体图像，成本低并且便于操作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创新性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术成像系统的光路图；图2为本专利技术成像系统的立体图；图3为内部反射单元的视角图；图4为根据本专利技术的成像系统单一图像捕捉后的规范化过程示意图；图5为根据本专利技术的成像系统将次级图像比较后具有细微不同视角的示意图；图6为根据本专利技术的成像系统重新聚焦和立体显示步骤后的示意图；图7为本专利技术的成像系统获得的多视角子孔径图像阵列；图8为本专利技术一种实施方式采用复眼的数字重聚焦效果图；图9为数字重聚焦原理图。具体实施方式现结合相应的附图，对本专利技术的具体实施例进行描述。然而，本专利技术可以以多种不同的形式实施，而不应被解释为局限于此处展示的实施例。提供这些实施例只是为了本专利技术可以详尽和全面，从而可以将本专利技术的范围完全地描述给本领域的技术人员。附图中说明的实施例的详细描述中使用的措辞不应对本专利技术造成限制。图1为本专利技术的三维成像系统的光路图。三维成像系统100为便携式消费者能够使用的相机，整合了成像部分110和镜头部分111，其中，成像部分110包括相机传感器104；复眼透镜105；和反光镜112；其中相机传感器104采用数码单反相机领域的先进摄影系统C型(AdvancedPhotoSystemType-C,APS-C)或者全画幅(FullFrame)图像传感器，或者其他成像质量较高的传感器；复眼透镜105由一系列小透镜组合形成，从不同的角度捕获某个图像，例如光场图像，的信息，从而剥离出三维信息以辨别特定对象。复眼透镜105由微镜头阵列组成，设计为除了捕获光场图像外，还可以产生深度图。并且，复眼透镜105是为了相机传感器104服务的，因此，其与相机传感器104的参数有关。例如，复眼透镜105的每个微镜头参数具有0.5毫米的半径，90纳米厚，和每个微镜头的阵列间距为60纳米。相对于相机传感器104，复眼透镜的尺寸是可伸缩的。在一个实施例中，采用先进摄影系统C型图像传感器的尺寸为25毫米×17毫米；而在另一个实施例中，采用全画幅图像传感器的尺寸为37毫米×25毫米。在成像部分110中还设置反光镜112，反光镜112又称为反射镜或全反镜，可采用一般单反相机中的反光镜片，其目的是为了保证光线通过镜头部分111后在进入眼睛，以便取景；该反光镜112以与镜头部分111呈45°的方式，设置在成像部分110中。镜头部分111整合在外壳106中，可拆卸地与成像部分110相连接，其包括第一相机镜头101和第二相机镜头103，其中第一相机镜头101为后相机镜头，其具有可以调节的光圈和焦距。第二相机镜头103为前相机镜头。前后相机镜头能够调节相机的焦距。其中，第二相机镜头103可以为可更换/可替换的多片镜头。第一相机镜头101和第二相机镜头103中间为入瞳平面和匹配装置109，入瞳平面和匹配装置109可以为瞳镜头，瞳镜头109和第二相机镜头103之间的位置关系可以通过调节装置114(调节装置114在图1中未示出)进行调节，瞳镜头109可以为单片透镜，起聚光作用，能够压缩第二相机镜头103收到的信息。在第二相机镜头103处进行一次成像过程，随着第二相机镜头103的更换或替换，成像角度有所不同。第一相机镜头101为短焦镜头或微距镜头，其固定在外壳106上，第一相机镜头101的设计决定本专利技术的成像系统的大小。在第一相机镜头101处进行二次成像过程。该入瞳平面和匹配装置109设计为能够矫正光线。在入瞳平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应三维立体成像系统，包括：成像部分和与之可拆卸地连接的镜头部分；所述成像部分包括传感器和反射镜，将捕获的光场图像传输至所述传感器；所述镜头部分包括第一相机镜头与第二相机镜头，该第一相机镜头与该第二相机镜头分别位于镜头部分的后部和前部，二者中间放置一个入瞳平面和匹配装置，该入瞳平面和匹配装置能够与第二相机镜头的不同焦距相适应，在第一相机镜头和所述入瞳平面和匹配装置之间形成内部反射单元，该内部反射单元用于将所述捕获的光场图像分解并折射成具有不同角度偏移的多个次级图像。

【技术特征摘要】
1.一种自适应三维立体成像系统，包括：成像部分和与之可拆卸地连接的镜头部分；所述成像部分包括传感器和反射镜，将捕获的光场图像传输至所述传感器；所述镜头部分包括第一相机镜头与第二相机镜头，该第一相机镜头与该第二相机镜头分别位于镜头部分的后部和前部，二者中间放置一个入瞳平面和匹配装置，该入瞳平面和匹配装置能够与第二相机镜头的不同焦距相适应，在第一相机镜头和所述入瞳平面和匹配装置之间形成内部反射单元，该内部反射单元用于将所述捕获的光场图像分解并折射成具有不同角度偏移的多个次级图像。2.如权利要求1所述的自适应三维立体成像系统，其特征在于，所述成像部分还包括：捕获光场图像的复眼透镜，该复眼透镜将该捕获的光场图像传输至所述传感器。3.如权利要求2所述的自适应三维立体成像系统，其特征在于，所述复眼透镜为多个微镜头阵列，每个微镜头的半径、厚度和阵列间距与所述传感器的尺寸相关。4.如权利要求2所述的自适应三维立体成像系统，其特征在于，所述第一相机镜头和所述第二相机镜头的光圈和焦距可调节，且所述第二相机镜头为可替换的镜头。5.如权利要求3所述的自适应三维立体成像系统，其特征在于，所述第二相机镜头的光圈比内部反射单元的尺寸大。6.如权利要求1或5所述的自适应三维立体成像系统，其特征在于，所述入瞳平面和匹配装置为瞳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李应樵，
申请(专利权)人：万维科研有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81