一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开提供一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统及方法，包括：图像传感器，步进微电机和定焦距镜头；其中，定焦距镜头设置在成像物体与图像传感器之间，步进微电机控制定焦距镜头沿镜头的光轴移动；图像传感器包括感光区阵列、行读出电路、列读出电路、模拟信号处理及复位电路、逻辑与数字信号处理电路、时序控制电路和图像信息输出电路；如此，在基于定焦距镜头的三维重构成像系统中设有步进微电机，通过输入电脉冲可以控制其精确转动，从而控制定焦镜头与图像传感器之间的距离，根据成像情况进而得出物体的三维信息，简化了成像系统的结构，降低了成本和实现难度。

A 3D reconstruction imaging system and method based on fixed focal length lens

【技术实现步骤摘要】
一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统及方法
本专利技术涉及三维成像
，特别涉及一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统及方法。
技术介绍
近年来，随着互联网和计算机软硬件的发展，三维成像技术的应用也变得广泛起来，如临床医学的图像分析、文物研究的复原与鉴赏、机器人和无人汽车的自动导航、工业生产等领域。图1为现有的二维拍照图像传感系统的模型图，由CMOS图像传感器101和定焦距镜头102组成，当拍照的时候，物体103上所有的像素点都映射到AA’平面上，因此系统只能呈现出二维的图像信息。现在对于三维成像技术的研究都集中在基于CCD或CMOS图像传感器的实现方法、图像处理和显示的研究，对于三维视觉的传感器技术研究较少，导致现在一直还在广泛使用多摄像头的方式或者其算法较为复杂，使得实现以上方法的系统均结构复杂，操作不易，且成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种结构简单、成本低、成像质量高的基于定焦距镜头的三维重构成像系统，并提供一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统的成像方法。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例第一方面，提供了一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统，所述系统包括：图像传感器，步进微电机和定焦距镜头；其中，所述定焦距镜头设置在成像物体与图像传感器之间，所述步进微电机控制所述定焦距镜头沿镜头的光轴移动；所述图像传感器包括感光区阵列、行读出电路、列读出电路、模拟信号处理及复位电路、逻辑与数字信号处理电路、时序控制电路和图像信息输出电路；其中，所述感光区阵列，由像素单元组成，用于将光信号转换为电信号；所述行读出电路，其输出端与所述感光区阵列相连，用于对所述感光区阵列行信号的读取；所述列读出电路，其输出端与所述模拟信号处理及所述复位电路的输入端相连，用于将所述感光区阵列的输出信号进行读取并传递；所述模拟信号处理及复位电路，其输入端与所述列读出电路的输出端相连，用于对所述感光区阵列的输出信号进行降噪和放大处理，以及对所述感光区阵列进行复位；所述时序控制电路，其输入端和所述逻辑与数字信号处理电路的输出端相连，其输出端与所述行读出电路、所述列读出电路、所述模拟信号处理及复位电路的输入端相连，用于对所述行读出电路、所述列读出电路和所述模拟信号处理及复位电路提供时序控制信号；所述图像信息输出电路，其输入端和所述逻辑与数字信号处理电路的输出端相连，其输出端向外部输出图像信息的数字信号。其中，所述逻辑与数字信号处理电路包括可编程放大电路、模数转换电路、彩色空间转换电路、多媒体图像信号处理电路、自动曝光和自动白平衡电路、步进微电机控制电路、逻辑产生和控制电路；其中，所述可编程放大电路、所述模数转换电路、所述彩色空间转换电路、所述多媒体图像信号处理电路依次相连；所述逻辑产生和控制电路分别与所述多媒体图像信号处理电路、所述自动曝光和自动白平衡电路、所述步进微电机控制电路相连；所述可编程放大电路，用于对待处理较小的电信号进行放大；所述模数转换电路，用于将模拟信号转换为数字信号；所述彩色空间转换电路将所述成像物体的颜色转换到CMOS图像传感器内部形成一个信号；所述多媒体图像信号处理电路，用于对像素纠正及清晰像环的边缘提取处理；所述自动曝光和自动白平衡电路，通过对外感光自动调整曝光和光线的强度；所述步进微电机控制电路，根据所述逻辑产生和控制电路发送的图像信息和控制信号，控制定焦距镜头与图像传感器之间的距离；所述逻辑产生和控制电路，用于电路的逻辑分析，并控制所述多媒体图像信号处理电路、所述自动曝光和自动白平衡电路、所述步进微电机控制电路和所述时序控制电路，以控制光电转换的过程。其中，所述逻辑与数字信号处理电路还包括控制总线和外部时钟；其中，所述控制总线与所述逻辑产生和控制电路相连，向所述逻辑产生和控制电路输送控制信号；所述外部时钟与所述逻辑产生和控制电路相连，为逻辑产生和控制电路提供时钟信号。其中，所述逻辑产生和控制电路接收到所述外部时钟的时钟信号后，输出控制信号至所述时序控制电路，进而控制所述行读出电路、所述列读出电路和所述模拟信号处理及复位电路，通过所述可编程放大电路对所述模拟信号处理电路输出的低噪声信号进行放大，经过所述模数转换电路将模拟信号转换为数字信号，通过所述彩色空间转换电路读取信号中的图像信号，将所述图像信号输入所述多媒体图像信号处理电路，对其进行像素纠正及清晰像环边缘提取处理，并将提取的图像信息传输到所述逻辑产生和控制电路，由所述逻辑产生和控制电路产生数字信号传输到所述图像信息输出电路；其中，所述逻辑产生和控制电路通过控制所述自动曝光和自动白平衡电路控制曝光时间，所述步进微电机控制电路根据所述逻辑产生和控制电路输出的清晰像环信息对所述步进微电机的转动进行控制，进而控制所述定焦距镜头与所述图像传感器之间的距离。本专利技术实施例第二方面，还提供了一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统的成像方法，所述方法包括：对感光区阵列进行复位，并进行标定，通过步进微电机使定焦距镜头从图像传感器处向远离图像传感器的方向移动，记录下某一时刻的物距u和像距v，并使所述定焦距镜头保持在此位置，确定拍照的次数N；通过所述步进微电机控制所述定焦距镜头移动一段距离Δx；外部时钟向逻辑产生和控制电路发送一个信号，所述逻辑产生和控制电路接收到所述外部时钟的时钟信号后，输出控制信号至时序控制电路；所述时序控制电路控制行读出电路、列读出电路和模拟信号处理及复位电路，对感光阵列输出的图像信号进行读取并去噪；可编程放大电路对模拟信号处理电路输出的低噪声信号进行放大得到模拟信号；模数转换电路将所述模拟信号转换为数字信号；彩色空间转换电路读取信号中的图像信号，将所述图像信号输入多媒体图像信号处理电路；所述多媒体图像信号处理电路对所述图像信号进行像素纠正及清晰像环边缘提取处理，并将提取的所述图像信息传输到所述逻辑产生和控制电路；所述逻辑产生和控制电路接收到所述多媒体图像信号处理电路输出的完整图像的三维信息，并将其传输到图像信息输出电路中。其中，所述方法还包括：所述逻辑产生和控制电路输出控制信号至自动曝光和自动白平衡电路，所述自动曝光和自动白平衡电路通过对外感光自动调整光线和曝光的强度。其中，所述方法还包括：所述逻辑产生和控制电路输出控制信号至步进微电机控制电路，所述步进微电机控制电路控制定焦距镜头的移动距离。本专利技术实施例提供了一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统及方法，包括：图像传感器，步进微电机和定焦距镜头；其中，所述定焦距镜头设置在成像物体与图像传感器之间，所述步进微电机控制所述定焦距镜头沿镜头的光轴移动；所述图像传感器包括感光区阵列、行读出电路、列读出电路、模拟信号处理及复位电路、逻辑与数字信号处理电路、时序控制电路和图像信息输出电路；其中，所述感光区阵列，由像素单元组成，用于将光信号转换为电信号；所述行读出电路，其输出端与所述感光区阵列相连，用于对所述感光区阵列行信号的读取；所述列读出电路，其输出端与所述模拟信号处理及所述复位电路的输入端相连，用于将所述感光区阵列的输出信号进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统，其特征在于，所述系统包括：/n图像传感器，步进微电机和定焦距镜头；其中，/n所述定焦距镜头设置在成像物体与图像传感器之间，所述步进微电机控制所述定焦距镜头沿镜头的光轴移动；/n所述图像传感器包括感光区阵列、行读出电路、列读出电路、模拟信号处理及复位电路、逻辑与数字信号处理电路、时序控制电路和图像信息输出电路；其中，所述感光区阵列，由像素单元组成，用于将光信号转换为电信号；所述行读出电路，其输出端与所述感光区阵列相连，用于对所述感光区阵列行信号的读取；所述列读出电路，其输出端与所述模拟信号处理及所述复位电路的输入端相连，用于将所述感光区阵列的输出信号进行读取并传递；所述模拟信号处理及复位电路，其输入端与所述列读出电路的输出端相连，用于对所述感光区阵列的输出信号进行降噪和放大处理，以及对所述感光区阵列进行复位；所述时序控制电路，其输入端和所述逻辑与数字信号处理电路的输出端相连，其输出端与所述行读出电路、所述列读出电路、所述模拟信号处理及复位电路的输入端相连，用于对所述行读出电路、所述列读出电路和所述模拟信号处理及复位电路提供时序控制信号；所述图像信息输出电路，其输入端和所述逻辑与数字信号处理电路的输出端相连，其输出端向外部输出图像信息的数字信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于定焦距镜头的三维重构成像系统，其特征在于，所述系统包括：
图像传感器，步进微电机和定焦距镜头；其中，
所述定焦距镜头设置在成像物体与图像传感器之间，所述步进微电机控制所述定焦距镜头沿镜头的光轴移动；
所述图像传感器包括感光区阵列、行读出电路、列读出电路、模拟信号处理及复位电路、逻辑与数字信号处理电路、时序控制电路和图像信息输出电路；其中，所述感光区阵列，由像素单元组成，用于将光信号转换为电信号；所述行读出电路，其输出端与所述感光区阵列相连，用于对所述感光区阵列行信号的读取；所述列读出电路，其输出端与所述模拟信号处理及所述复位电路的输入端相连，用于将所述感光区阵列的输出信号进行读取并传递；所述模拟信号处理及复位电路，其输入端与所述列读出电路的输出端相连，用于对所述感光区阵列的输出信号进行降噪和放大处理，以及对所述感光区阵列进行复位；所述时序控制电路，其输入端和所述逻辑与数字信号处理电路的输出端相连，其输出端与所述行读出电路、所述列读出电路、所述模拟信号处理及复位电路的输入端相连，用于对所述行读出电路、所述列读出电路和所述模拟信号处理及复位电路提供时序控制信号；所述图像信息输出电路，其输入端和所述逻辑与数字信号处理电路的输出端相连，其输出端向外部输出图像信息的数字信号。


2.根据权利要求1所述的基于定焦距镜头的三维重构成像系统，其特征在于，所述逻辑与数字信号处理电路包括可编程放大电路、模数转换电路、彩色空间转换电路、多媒体图像信号处理电路、自动曝光和自动白平衡电路、步进微电机控制电路、逻辑产生和控制电路；其中，
所述可编程放大电路、所述模数转换电路、所述彩色空间转换电路、所述多媒体图像信号处理电路依次相连；所述逻辑产生和控制电路分别与所述多媒体图像信号处理电路、所述自动曝光和自动白平衡电路、所述步进微电机控制电路相连；所述可编程放大电路，用于对待处理较小的电信号进行放大；所述模数转换电路，用于将模拟信号转换为数字信号；所述彩色空间转换电路将所述成像物体的颜色转换到CMOS图像传感器内部形成一个信号；所述多媒体图像信号处理电路，用于对像素纠正及清晰像环的边缘提取处理；所述自动曝光和自动白平衡电路，通过对外感光自动调整曝光和光线的强度；所述步进微电机控制电路，根据所述逻辑产生和控制电路发送的图像信息和控制信号，控制定焦距镜头与图像传感器之间的距离；所述逻辑产生和控制电路，用于电路的逻辑分析，并控制所述多媒体图像信号处理电路、所述自动曝光和自动白平衡电路、所述步进微电机控制电路和所述时序控制电路，以控制光电转换的过程。


3.根据权利要求2所述的基于定焦距镜头的三维重构成像系统，其特征在于，所述逻辑与数字信号处理电路还包括控制总线和外部时钟；其中，
所述控制总线与所述逻辑产生和控制电路相连，向所述逻辑产生和控制电路输送控制信号；所述外部时钟与...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘乐昊，薛灵钥，金湘亮，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43