CN101937168A - 一种光学立体成像装置及立体摄像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及立体图像拍摄领域，公开了一种光学立体成像装置，包括第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组，用于模拟人眼接收外部光线并将进入的图像在水平方向相对垂直方向压缩一倍；第一分光棱镜和第二分光棱镜，分别用于将来自对应于第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组的光线进行折射反射，所述经过折射反射的光线在成像平面上形成并列的两幅图像。本发明还同时公开了一种立体摄像方法，通过本发明提供的光学立体成像装置及立体摄像方法可以低成本的获得成像效果好的立体图像。

Description

一种光学立体成像装置及立体摄像方法

技术领域

本发明涉及立体图像拍摄与处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于立体图像拍摄的光学立体成像装置及立体摄像方法。

背景技术

立体摄像技术和立体摄像产品可以应用在手机、摄像机、照相机、MP4、眼镜式显示设备、模拟现实设备和遥控机器人等产品上，可以在民用、军用、科研、游戏等领域发挥巨大的作用。

人眼根据左右眼的视觉差异可以对所见物体产生立体感觉，所以一般的立体摄像设备都是利用双摄像镜头来对物体进行成像然后对图像进行处理。但是这样带来的问题很突出：主要体现在1、双镜头在聚焦及放大性能上不一致，左右图像清晰度及大小都可能不相同，最后导致图像成像模糊。2、双镜头在安装上无法保证图像在对位上一致，导致图像在视角上无法保证水平和倾斜一致性，到时两幅图像在立体重合时出现偏差，图像会产生模糊叠影。3、双图像传感器的一致性差异导致在图像亮度、对比度、色度、灰阶等特性上不一致，左右图像出现视觉明显差异，图像立体重合时会产生视觉晕眩、图像模糊等现象。4、双图像传感器在成像时，很难保证两个画面为像素同步，左右眼图像出现时间上差距，这样在合成立体图像或照片时，出现两个不同步的影像而造成立体效果变差甚至失去立体效果而变成重影。因此，需要一种光学立体成像装置及立体摄像方法，用精密光学成像结构来保证光路上的一致性，用同一个镜头组和单个图像传感器来接受两路图像，保证了图像成像的电性能完全一致以及良好的同步性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有立体拍摄技术中采用双图像传感器所产生的双镜头参数的不一致性，以及同步性能差导致在图像亮度、对比度、色度、灰阶、同步上不一致的不足和缺陷，提供一种光学立体成像装置及立体摄像方法及立体摄像方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种光学立体成像装置及立体摄像方法，所述光学立体成像装置包括：

第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组，用于模拟人眼接收外部光线并将进入的图像在水平方向相对垂直方向压缩一倍；

第一分光棱镜和第二分光棱镜，分别用于将来自对应于第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组的光线进行折射反射，所述经过折射反射的光线在成像平面上形成并列的两幅图像。

具体地，所述第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组之间的横向距离范围是40至100毫米。

具体地，所述第一光学成像透镜组和第二光学成像透镜组的水平方向视场角相对第一棱镜和第二棱镜成两倍关系，垂直方向不变。

具体地，所述光学立体成像装置还包括单个镜头组成像***和单个图像传感器。

具体地，所述单个镜头组成像***采用完整的摄像机或照相机的镜头组件实现。

具体地，所述单个图像传感器是CCD或CMOS图像传感器。

为了更好地实现发明目的，提供一种立体摄像方法，具体包括以下步骤：

S1.横向并列安装两个光学成像透镜组模拟人眼接收外部光线并将进入的图像在水平方向相对垂直方向压缩一倍；

S2.通过两个分光棱镜对两个光学成像透镜组接收的外部光线进行折射反射；

S3.采用单个图像传感器通过透镜组成像***在其成像平面上接收所述两个分光棱镜折射与反射的光线并形成并列的左右两幅图像。

在本发明所述的方法中，所述步骤S1中两个光学成像透镜组之间的横向距离范围是40至100毫米。

在本发明所述的方法中，所述两个光学成像透镜组的水平方向视场角相对第一棱镜和第二棱镜成两倍关系，在垂直方向不变。

在本发明所述的方法中，所述单个图像传感器是CCD或CMOS图像传感器。

在本发明所述的方法中，所述单个镜头组成像***采用完整的摄像机或照相机的镜头组件实现。

实施本发明提供的一种光学立体成像装置及立体摄像方法，通过与传统镜头不同的两个光学成像透镜组将进入的图像在水平方向相对垂直方向压缩一倍并使用单一的图象传感器，可以得到左右画面无延时的完整图像画面，相比现有技术而言，本发明所展现的图像具有左右无延时(即良好的同步性能)、可以保持原有设计的图像/视频总分辨率，保证了图像成像的光学、电性能、同步等的一致性。

附图说明

下面将结合附图及实施例，对本发明作进一步说明，附图中：

图1是依据本发明一较佳实施例的一种使用本发明光学立体成像装置的立体摄像装置结构图，

图2是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像方法的流程图，

图3是依据本发明一较佳实施例的一种光学立体成像装置中的单一图像传感器的成像平面上的成像示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示的是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置的结构图，其中，立体摄像装置100包括光学立体成像装置110和成像镜头组件***120(包括单一镜头组121和单一图像传感器122)，所述光学立体成像装置110构成本发明装置；所述成像镜头组件***120可以是普通摄像头***或照相机装置，也可以是摄像机装置；

所述光学立体成像组件110包括第一光学成像透镜组(111、112)、第二光学成像透镜组(114、115)、第一分光棱镜113、第二分光棱镜116；

所述第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)用于模拟人眼接收外部光线，所述两个透镜组中的透镜与传统镜头透镜不同，当图像经过透镜组后，图像相对原有图像宽高比在水平方向压缩一倍，垂直方向不变，即图像保持原有相对高度，而宽度相对压缩一倍；所述第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)之间的横向距离范围是40至100毫米，与人眼的瞳距一致，所述第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)的视场角成两倍关系，在安装上保证结构的精密性；所述第一分光棱镜113和第二分光棱镜116用于将来自对应于第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)的光线进行折射与反射；经过第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)压缩后的图像分别通过第一分光棱镜113和第二分光棱镜116传输到镜头组成像***120的结合部，再通过单一镜头组121在单一CCD/CMOS图像传感器122上形成左右并列、在水平方向水平2:1压缩过的两幅图像。该图像是左右眼、并经过水平2:1压缩的两幅图像的SIDE BY SIDE图像。如原来物体在普通照相机里成像是一个正方形，在经过本装置后得到的将是一个宽高比是1∶2左右并列的图像。这样就可以在不改动原有的数码相机/摄像机的光学镜头和图像传感器就可以得到水平2:1压缩的SIDE BY SIDE的立体图像，并保持原有镜头组件设计的图像/视频总分辨率。所以在后续压缩、处理也完全按照原有的电路/程序来处理。

如图2所示的是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像方法的流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤S200中，在横向距离40至100毫米的位置上安装两个光学成像透镜组，模拟人眼接收外部的光线；

步骤S202中，所述两个光学成像透镜组中的透镜与传统镜头透镜不同，当图像经过透镜组后，图像相对原有图像宽高比在水平方向压缩一倍，即图像保持原有相对高度，而图像宽度相对压缩一倍；

步骤S204中，通过两个分光棱镜分别对两个光学成像透镜组接收的外部光线进行折射与反射；

步骤S206中，采用单个图像传感器通过透镜组成像***在其成像平面上接收所述两个分光棱镜折射与反射的光线并形成并列的左右两幅图像，即通过镜头组成像***在单个CCD/CMOS图像传感器上形成左右并列、在水平方向水平2:1压缩过的两幅图像。该图像是左右眼、并经过水平2:1压缩的两幅图像的SIDE BY SIDE图像。如原来物体在普通照相机里成像是一个正方形，在经过本装置后得到的将是一个宽高比是1∶2左右并列的图像。这样就可以在不改动原有的数码相机/摄像机的光学镜头和图像传感器就可以得到水平2:1压缩的SIDE BY SIDE的立体图像，并保持原有镜头组件设计的图像/视频总分辨率。所以在后续压缩、处理也完全按照原有的电路/程序来处理。

如图3所示的是依据本发明一较佳实施例的一种立体摄像装置中的单一图像传感器的成像平面上的成像示意图，因为利用光学的原理对左右图像进行了水平压缩，在原有的图像传感器上得到的立体的图像的总像素、分辨率、长宽比并没有发生任何改变，所以该装置不必改变原有2D照相机/摄像机的任何电路以及软件设计；输出及显示出来的图像也是SIDE BY SIDE的立体图像图像。

综上所述，本发明的装置的关键部件为光学成像透镜组，跟传统的成像透镜组不同，它不是将图像完全按照原始的比例进行聚焦、成像，它的最主要的功能是将图像在水平方向相对压缩一倍，透过光学成像透镜组后，光线经过分光棱镜的折射与反射，进入到摄像头的光学***中。左视窗的光线经过棱镜折射进入到摄像头的视窗的左半边，右视窗的光线进入到摄像头的视窗的右半边。这样在摄像头的成像面就能得到左右并列的两个图像。通过适当的光学成像透镜组和左右视窗大小的设计，使得最终在图像传感器上得到的图像是宽高比1∶2，即在水平方向相对压缩了一倍的图像，而左右视窗依然保持原有的视角和宽高比。假设传统光学镜头的组件的水平视角是50度，2D图像的宽高比例是4∶3，那么经过本发明的装置后，得到的将是左右并列的两个2:3的图像，但左右图像的视场角的宽高比例保持在4∶3，水平视角依然是50度。这样在原来2D的相机结构上，完全保留先前的图像拍摄方式、以及总分辨率。如果原有的相机设计含有变焦、聚焦功能，这些都不会影响到本装置的作用。因为利用光学的原理对左右图像进行了水平压缩，在原有的图像传感器上得到的立体的图像的总像素、分辨率、合成的图像长宽比并没有发生任何改变，所以该装置不必改变原有2D照相机/摄像机的任何电路以及软件设计。输出及显示出来的图像也是SIDE BY SIDE的立体图像。在立体还原的时候，如果采用DOT BY DOT的技术，用两视点光栅立体显示屏显示，图像的宽高比将恢复4∶3，人物景物的宽高比将还原，并且毫无像素损失。在利用其他显示技术的时候，需要对左右眼图像进行横向像素插补。本发明简单易行，在立体编解码技术未普及的时候，利用现有的技术即可完成立体成像，但缺点是牺牲了左右眼的水平分辨率。

本发明的装置必须如图1所示，与成像镜头组件***120水平一致进行连结或安装，装置的中分线必须位于所述成像镜头组件***120中的单一图像传感器122成像面的中心垂直轴线上，并保证装置的中心与成像面的中心基本重合，以避免左右图像不对称。

以上介绍和描述的内容仅为本发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学立体成像装置，其特征在于，包括：

第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)，用于模拟人眼接收外部光线并将进入的图像在水平方向相对垂直方向压缩一倍；

第一分光棱镜(113)和第二分光棱镜(116)，分别用于将来自对应于第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)的光线进行折射反射，所述经过折射反射的光线在成像平面上形成并列的两幅图像。

2.根据权利要求1所述的光学立体成像装置，其特征在于：所述第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)之间的横向距离范围是40至100毫米。

3.根据权利要求1所述的光学立体成像装置，其特征在于：所述第一光学成像透镜组(111、112)和第二光学成像透镜组(114、115)的水平方向视场角相对第一棱镜(113)和第二棱镜(116)为两倍关系。

4.根据权利要求1所述的光学立体成像装置，其特征在于：还包括单个镜头组成像***(121)和单个图像传感器(122)。

5.根据权利要求4所述的光学立体成像装置，其特征在于：所述单个镜头组成像***(121)采用完整的摄像机或照相机的镜头组实现。

6.根据权利要求4所述的光学立体成像装置，其特征在于：所述单个图像传感器(122)是CCD或CMOS图像传感器。

7.一种立体摄像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.横向并列安装两个光学成像透镜组模拟人眼接收外部光线并将进入的图像在水平方向相对垂直方向压缩一倍；

S2.通过两个分光棱镜对两个光学成像透镜组接收的外部光线进行折射反射；

S3.采用单个图像传感器通过透镜组成像***在其成像平面上接收所述两个分光棱镜折射与反射的光线并形成并列的左右两幅图像。

8.根据权利要求7所述的立体摄像方法，其特征在于：所述步骤S1中两个光学成像透镜组之间的横向距离范围是40至100毫米。

9.根据权利要求7所述的立体摄像方法，其特征在于：所述两个光学成像透镜组的水平方向视场角相对两个棱镜为两倍关系，在垂直方向不变。

10.根据权利要求7所述的立体摄像方法，其特征在于，所述单个图像传感器是CCD或CMOS图像传感器。

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