图像采集装置及其应用系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多光谱图像采集装置，和应用该装置的物体识别系统、全景相机系统及车辆导航避障系统。根据本发明专利技术的图像采集装置，包括：传感单元，包括图像传感器和镜头；照明单元，包括发光器件和驱动发光器件的驱动电路；控制单元，与传感单元和照明单元连接，并用于产生控制传感单元的图像传感器曝光的曝光时序和曝光增益，以及控制照明单元的照明时序；其中，在一个曝光时序周期内，至少两帧曝光增益值相同，且在发光器件关闭的情况下，至少两帧曝光增益值不同。本发明专利技术采用单目摄像头即可采集多光谱的图像，并且通过对图像曝光增益控制和/或帧间图像处理，提高对光照的适应性，且能够输出3D的深度图，从而能够提供广泛的应用。

Image Acquisition Device and Its Application System

【技术实现步骤摘要】
图像采集装置及其应用系统
本专利技术涉及图像采集领域，特别涉及一种图像采集装置、物体识别系统、全景相机系统及车辆导航避障系统。
技术介绍
目前图像采集装置的单目相机，在一个时间段只能采集一个光谱的图像或视频。比如，普通相机依靠环境光照明，采集可见光(RGB)图像或视频；日夜切换的监控相机，在正常光照下，设置成RGB模式，拍摄RGB谱段的图像或视频，而在昏暗条件下，切换成近红外(NIR，需发光器件照明)拍摄模式。此外，采用近红外主动发光器件照明的相机，比如三维成像相机，会受到环境光源如阳光中强烈的近红外成分的影响，使得近红外图像的光线方向和强度收到影响，从而难以达到预期的相机效果。总之，现有单目相机在同一时段无法采集多个光谱的图像或视频，并且采用近红外主动光源的相机，会受到环境光特别是强烈阳光的干扰，从而降低了输出图像质量，限制的相机的有效使用范围。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能够使用单目相机在短时间内分时采集多光谱图像的图像采集装置、物体识别系统、全景相机系统及车辆导航避障系统。能够在黑暗弱光和强烈阳光下稳定输出多光谱图像。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：依据本专利技术的一个方面，提供了一种图像采集装置，包括：传感单元，包括图像传感器和镜头；照明单元，包括至少一个光谱波段的发光器件和驱动发光器件的驱动电路；控制单元，与传感单元和照明单元连接，并用于产生控制传感单元的图像传感器曝光的曝光时序和曝光增益，以及控制照明单元的照明时序；其中，在一个曝光时序周期内，至少两帧曝光增益值相同，且在发光器件关闭的情况下，至少两帧曝光增益值不同。优选地，图像采集装置还包括用于检测环境光照强度的光敏单元，控制单元根据光敏单元检测的光照强度控制在一个曝光时序周期内部分帧的曝光增益值。优选地，传感单元还包括滤光单元，滤光单元为多带通滤光片或设置在所述镜头的玻片上的多带通滤光镀膜；滤光单元允许发光器件的多光谱波段光线通过，并允许环境光照中部分光谱波段的光线通过。优选地，图像采集装置还包括用于计算传感单元获取的发光器件开启时采集的图像与发光器件关闭时采集的图像之间的差分图像的运算处理。优选地，照明单元还包括光刻掩膜，用于在发光器件照射下透过所述光刻掩膜，在采集对象上形成结构光斑，使得传感单元对采集对象进行拍摄采集后得到结构光斑图像。优选地，图像采集装置还包括从结构光斑图像中计算采集对象的三维深度的第一三维深度计算单元。优选地，图像采集装置还包括对结构光图像进行结构光斑消除，并重建完整图像的重建单元。优选地，图像采集装置还包括采用飞行时间方法计算三维深度的第二三维深度计算单元。优选地，一种物体识别系统，包括前述的图像采集装置和物体检测单元，所述物体检测单元从所述图像采集装置所采集的图像中检测物体并获取所检测物体的图像。优选地，物体识别系统还包括从所检测物体的图像中提取特征的特征提取单元。优选地，物体识别系统还包括从特征提取单元提取的特征判断所检测物体的类别的物体分类单元。本专利技术还提供了一种全景相机系统，包括对不同视角拍摄的多个图像采集装置和对多个图像采集装置拍摄的不同视角的图像进行图像拼接的图像拼接系统；多个图像采集装置中的至少一个为前述的图像采集装置。本专利技术还提供了一种车辆导航避障系统，包括图像采集装置、环境识别单元和显示单元，图像采集装置包括至少一个前述的图像采集装置；环境识别单元，对图像采集装置所采集的环境图像进行分析，测量环境中障碍物的距离，检测或识别环境中的物体；显示单元，与图像采集装置和环境识别单元连接，用于显示图像采集装置采集的图像，或者环境识别单元的分析结果。综上所述，根据本专利技术的图像采集装置，通过设置至少一个光谱波段的发光器件，并通过控制单元产生照明时序，从而驱动发光器件交替发射不同光谱波段的脉冲波形、关闭或者连续发送同一光谱波段的一个或多个脉冲波形。传感单元在曝光时序和曝光增益的驱动下，分时拍摄环境光源图像或者不同波段光源照射的图像，从而使用一个单目摄像头可以采集到多光谱的图像，并且通过曝光增益的控制，从而提高产品应用性能，拓展产品应用范围。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术的图像采集装置的原理示意图；图2是根据本专利技术的图像采集装置的曝光时序和照明时序的示意图；图3是根据本专利技术的图像采集装置采集有/无主动照明的2帧图像的示意图；图4是根据本专利技术的图像采集装置的多波段带通滤光的波段示意图；图5是根据本专利技术的物体识别系统的原理示意图；图6是根据本专利技术的物体识别系统的原理示意图；图7是根据本专利技术的物体识别系统的特征提取单元的原理示意图；图8是根据本专利技术的全景相机系统的结构示意图；图9是根据本专利技术的全景相机系统的图像拼接的原理示意图；图10是根据本专利技术的车辆导航避障系统的原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。如图1所示，本专利技术的第一实施例提供了一种图像采集装置，包括：传感单元11，一般来说，包括图像传感器111和相应的镜头112；照明单元12，包括至少一个光谱波段的发光器件121和驱动发光器件的驱动电路122；控制单元13，与传感单元11和照明单元12连接，并用于产生控制传感单元的图像传感器111曝光的曝光时序和曝光增益，以及控制照明单元12的照明时序；其中，在一个曝光时序周期内，至少两帧曝光增益值相同，且在发光器件关闭的情况下，至少两帧曝光增益值不同。也即，图像采集过程中，控制单元13按照设定程序或者根据需要发送曝光时序、曝光增益和照明时序，使传感单元11和照片单元12匹配工作，并且读取图像传感器的图像，从而实现不同波段分时的方式来实现多波段光谱图像的采集，并控制图像传感器的曝光后图像的读取与输出。照明驱动122根据照明时序驱动发光器件(主动光源)在不同时段内交替发射不同光谱波段的脉冲波形、关闭或者连续发送同一光谱波段的一个或多个脉冲波形。也即，照明单元12的照明驱动122根据照明时序产生脉冲电流，分时驱动某一个或多个光谱波段的发光器件121，发出相应波段的光照，照射到被摄物体A上，光照从被摄物体A表面反射回来，透过镜头112，由图像传感器111接收，达到图像传感器111上，转换成图像信号，并输出拍摄图像。当照明单元12为多光谱照射时，单目摄像头就可以分时采集到多个光谱图像，从而解决现有技术中需要两个或者两个以上摄像头(每个摄像头拍摄一个光谱波段的图像)的问题。在多光谱图像采集过程中，可见光谱(RGB)波段的照明，也可利用外部环境光源照明，此时控制单元关闭所有发光器件。优选地，如图1所示，图像采集装置还包括用于检测环境光照强度的光敏单元131，从而控制传感单元利用环境光照进行拍摄时对图像的曝光，也即控制单元可以根据光敏单元131检测的光照强度控制在一个曝光时序周期内至少部分帧的曝光增益值。具体地，结合图2所示，曝光增益与曝光时序和照明时序相互匹配，从而控制图像传感器111感光信号放大倍数(或曝光快门时长)，并辅以图像处理算法，使得图像传感器111采集到的图像尽可能曝光合适(既不过度曝光，也不欠曝光)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：传感单元，包括图像传感器和镜头；照明单元，包括至少一个光谱波段的发光器件和驱动所述发光器件的驱动电路；控制单元，与所述传感单元和所述照明单元连接，并用于产生控制所述传感单元的图像传感器曝光的曝光时序和曝光增益，以及控制所述照明单元的照明时序；其中，在一个曝光时序周期内，至少两帧曝光增益值相同，且在所述发光器件关闭的情况下，至少两帧曝光增益值不同。

【技术特征摘要】
1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：传感单元，包括图像传感器和镜头；照明单元，包括至少一个光谱波段的发光器件和驱动所述发光器件的驱动电路；控制单元，与所述传感单元和所述照明单元连接，并用于产生控制所述传感单元的图像传感器曝光的曝光时序和曝光增益，以及控制所述照明单元的照明时序；其中，在一个曝光时序周期内，至少两帧曝光增益值相同，且在所述发光器件关闭的情况下，至少两帧曝光增益值不同。2.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括用于检测环境光照强度的光敏单元，所述控制单元根据所述光敏单元检测的所述光照强度控制在一个所述曝光时序周期内部分曝光帧的曝光增益值。3.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述传感单元还包括滤光单元，所述滤光单元为多带通滤光片或设置在所述镜头的玻片上的多带通滤光镀膜；所述滤光单元允许所述发光器件的多光谱波段光线通过，并允许环境光照中部分光谱波段的光线通过。4.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括用于计算所述传感单元获取的所述发光器件开启时采集的图像与发光器件关闭时采集的图像之间的差分图像的运算处理。5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像采集装置，其特征在于，所述照明单元还包括光刻掩膜，用于在所述发光器件照射下透过所述光刻掩膜，在采集对象上形成结构光斑，使得所述传感单元对采集对象进行拍摄采集后得到结构光图像。6.根据权利要求5所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括从所述结构光斑图像中计算所述采集对象表面三维深度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子青，
申请(专利权)人：北京中科奥森科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11