一种基于阵列摄像组件的三维立体摄像装置的制作方法

本实用新型涉及摄像装置领域，尤其是一种基于阵列摄像组件的三维立体摄像装置。

背景技术：

随着如相机、手机、平板电脑、笔记本、可穿戴设备等具有照相功能的智能移动终端的普及，基于智能移动终端的应用也越来越多。然而大部分具有照相功能的智能移动终端，只能拍摄二维图像，而不具备三维扫描、三维成像等功能，无法在拍照的同时记录目标对象的立体信息，以用于更丰富、有趣、便捷的应用中。

为获取三维效果，也有人提出利用软件技术对二维图像进行处理，以在二维图像上生成三维效果。但这种处理方法获得的三维效果不佳。还有依赖硬件设备的三维成像技术，如结构光技术、飞行时间TOF技术、双目视觉技术、光度立体视觉技术等，其中，结构光技术、TOF技术的硬件成本高、模组体积大，并不适用于智能移动终端，而双目视觉技术对环境的要求较高，特别是在阴暗环境下，其成像效果不佳。

传统的光度立体视觉技术由于需要在多个时间点分别采集同一目标在多个或不同的光源照射下的图像，需要采集多帧图像信息以进行三维重建，并且难以对运动目标或表面处于柔性变化中的目标进行三维重建。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于阵列摄像组件的三维立体摄像装置。

本实用新型采用的技术方案如下：一种基于阵列摄像组件的三维立体摄像装置，主要包括摄像装置本体、第一点光源、第二点光源、第三点光源、光源控制器、阵列摄像组件、光度立体处理器和色彩纹理处理器。

其中，第一点光源用于发射第一波长光以照射目标对象且设置在所述摄像装置本体上；第二点光源用于发射第二波长光以照射所述目标对象且设置在所述摄像装置本体上；第三点光源用于发射第三波长光以照射所述目标对象且设置在所述摄像装置本体上；光源控制器用于控制所述第一点光源、所述第二点光源和所述第三点光源的工作状态；阵列摄像组件用于接收所述目标对象反射的可见光、所述第一波长光、所述第二波长光和所述第三波长光并输出采集图像。

所述光度立体处理器用于输出包含亮度信息的三维立体图像，其第一波长光图像输入端、第二波长光图像输入端和第三波长光图像输入端分别与所述阵列摄像组件连接。

所述色彩纹理处理器用于输出包含亮度信息和色彩信息的三维立体图像，其三维图像输入端与所述光度立体处理器的输出端连接，其彩色图像输入端与所述阵列摄像组件的可见光图像输出端连接。

进一步的，本实用新型中，所述阵列摄像组件包括相互配合的封装体和半导体基底，所述封装体中设置有用于输出第一波段光的第一光传输通道、用于输出第二波段光的第二光传输通道、用于输出第三波段光的第三光传输通道和用于输出可见光的第四光传输通道，所述半导体基底上的对所述第一波段光、所述第二波段光、所述第三波段光和所述可见光进行感光的成像器。

进一步的，所述成像器可采用以下两种方式之一。

A、所述成像器包括与所述第一光传输通道相对设置的第一图像传感器、与所述第二光传输通道相对设置的第二图像传感器、与所述第三光传输通道相对设置的第三图像传感器和与所述第四光传输通道相对设置的第四图像传感器；其中，所述第一图像传感器的输出端与所述光度立体处理器的第一波长光图像输入端连接，所述第二图像传感器的输出端与所述光度立体处理器的第二波长光图像输入端连接，所述第三图像传感器的输出端与所述光度立体处理器的第三波长光图像输入端连接，所述第四图像传感器的输出端与所述色彩纹理处理器的彩色图像输入端连接。

B、所述成像器包括同时与所述第一光传输通道、所述第二光传输通道、所述第三光传输通道和第四光传输通道相对设置的第五图像传感器。

进一步的，在B方式下，本实用新型还可包括图像分割器，所述图像分割器的输入端与所述成像器的输出端连接，所述图像分割器的第一波长光图像输出端与所述光度立体处理器的第一波长光图像输入端连接，所述图像分割器的第二波长光图像输出端与所述光度立体处理器的第二波长光图像输入端连接，所述图像分割器的第三波长光图像输出端与所述光度立体处理器的第三波长光图像输入端连接，所述图像分割器的可见光图像输出端与所述色彩纹理处理器的彩色图像输入端连接。

进一步的，本实用新型还可包括同步控制器，所述同步控制器的输出端分别与所述阵列摄像组件和所述光源控制器的同步控制端连接，其输入端与开关连接。

进一步的，本实用新型还可包括用于采集所述目标对象反射的可见光的可见光摄像组件，以及双目视觉处理器。

所述双目视觉处理器用于输出包含深度信息和亮度信息的三维立体图像，其第一视场图像输入端与所述可见光摄像组件的输出端连接，其第二视场图像输入端与所述阵列摄像组件的可见光图像输出端连接。

进一步的，本实用新型还包括输出控制开关，所述输出控制开关的第一输入端与所述双目视觉处理器的输出端连接，其第二输入端与所述色彩纹理处理器的输出端连接。

进一步的，本实用新型还包括图像合成器，所述图像合成器用于输出包含亮度信息、深度信息和色彩信息的三维立体图像，其第一输入端与所述双目视觉处理器的输出端连接，其第二输入端与所述色彩纹理处理器的输出端连接。

进一步的，本实用新型中的同步控制器的输出端分别与所述阵列摄像组件、所述可见光摄像组件和所述光源控制器的同步控制端连接，其输入端与开关连接。

进一步的，本实用新型中，所述第一波长光为波长为λ₁的红外光，所述第二波长光为波长为λ₂的红外光，所述第三波长光为波长为λ₃的红外光，且λ₁＞λ₂＞λ₃。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型可为一种相机、手机、平板电脑或可穿戴设备，可通过多种点光源、阵列摄像组件、光度立体处理器和色彩纹理处理器，实现利用光度立体视觉原理，对目标对象进行三维重建，并生成包含色彩信息和亮度信息的彩色的三维立体图像。特别适用于对非静止目标和表面柔性变化的目标进行三维扫描与重建，以及低照度环境下的三维扫描与重建。

2）本实用新型还可通过多种点光源、阵列摄像组件、光度立体处理器和色彩纹理处理器，以及可见光摄像组件和双目视觉处理器，实现利用双目视觉原理，对目标对象进行三维重建，并生成包含色彩信息和深度信息的彩色的三维立体图像。特别适用于需要利用深度信息的应用情形，以及高照度环境下的三维扫描与重建。

3）本实用新型还可通过输出控制开关实现，根据应用环境，自动或手动选择该摄像装置进行基于光度立体的三维处理或基于双目视觉的三维处理。

4）本实用新型还可通过图像合成器，对包含色彩信息和亮度信息的三维立体图像和包含色彩信息和深度信息的三维立体图像进行合成处理，生成包含色彩信息、亮度信息和深度信息的三维立体图像。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本实用新型的一种工作原理示意图。

图2为本实用新型的另一种工作原理示意图。

图3为阵列摄像组件的立体图。

图4为阵列摄像组件的剖视图。

图5为阵列摄像组件中封装体的一种仰视图。

图6为阵列摄像组件中封装体的另一种仰视图。

图7为阵列摄像组件中半导体基底的一种俯视图。

图8为阵列摄像组件中半导体基底的另一种俯视图。

图9为本实用新型的一种结构示意图。

图中：

1-阵列摄像组件，101-第一透镜，102-第二透镜，103-第三透镜，104-第四透镜，105-第一滤镜，106-第二滤镜，107-第三滤镜，108-第四滤镜，109-成像器，110-封装体，111-半导体基底，112-第一通孔，113-第二通孔，114-第三通孔，115-第四通孔，2-目标对象，3-光源模块，301-第一点光源，302-第二点光源，303-第三点光源，4-图像分割器，5-光度立体处理器，6-色彩纹理处理器，7-可见光摄像组件，701-镜头模块，702-可见光感光芯片，8-双目视觉处理器，9-输出控制开关，10-光源控制器，11-同步控制器，12-同步控制开关，13-图像合成器。

图中，λ₁表示第一波段光或图像，λ₂表示第二波段光或图像，λ₃表示第三波段光或图像，λ₄表示可见光或图像，粗线表示光信号传输，细线表示电信号传输。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本说明书包括任何附加权利要求、摘要中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1：一种基于阵列摄像组件的光度立体摄像装置。

如图1所示，图1描述了一种基于阵列摄像组件和光度立体视觉的三维立体摄像装置，该摄像装置可以是一种智能手机、平板电脑、可穿戴设备、笔记本电脑、相机等电子设备，主要包括摄像装置本体、光源模块3、光源控制器10、阵列摄像组件1、光度立体处理器5和色彩纹理处理器6，所述光度立体处理器5的第一波长光图像输入端、第二波长光图像输入端和第三波长光图像输入端分别与所述阵列摄像组件1连接；所述色彩纹理处理器6的三维图像输入端与所述光度立体处理器5的输出端连接，其彩色图像输入端与所述阵列摄像组件1的可见光图像输出端连接。

所述光源模块3至少包括三种点光源，即第一点光源301、第二点光源302和第三点光源303。其中，第一点光源301用于发射第一波长光以照射目标对象2且设置在所述摄像装置本体上；第二点光源302用于发射第二波长光以照射所述目标对象2且设置在所述摄像装置本体上；第三点光源303用于发射第三波长光以照射所述目标对象2且设置在所述摄像装置本体上；本实用新型中点光源的数量可根据具体需求而定，当然，点光源的种类也不局限于上述三种，还可以根据实际需求增设更多发射不同波长光的点光源，每个点光源的工作状态均由所述光源控制器10进行控制，可根据预设或用户自定的光源控制指令进行灯亮、灯灭、光强调节等操作。

基于该实施例1，本实用新型通过光源控制器控制点光源照射待拍摄的目标对象2，并通过阵列摄像组件1采集该目标对象2反射的环境可见光、所述第一波长光、所述第二波长光和所述第三波长光，阵列摄像组件1中具有至少四路光传输通道的封装体110，以对入射光进行滤光处理，分别输出目标对象2反射的环境可见光、所述第一波长光、所述第二波长光和所述第三波长光，并由成像器109进行感光处理输出第一波长光图像、第二波长光图像和第三波长光图像。

然后，光度立体处理器5根据现有的光度立体视觉原理，从第一波长光图像、第二波长光图像和第三波长光图像中，提取不同的明暗信息，完成目标对象2的三维重建，色彩纹理处理器6从可见光图像中提取目标对象2的色彩、纹理、光照等信息，对光度立体处理器5输出的三维立体图像进行填色处理、纹理贴图等处理，最终输出该目标对象的完整的三维立体图像。

实施例2：一种基于阵列摄像组件的具有多种三维重建方式的摄像装置。

如图2所示，图2描述了一种基于阵列摄像组件的具有光度立体视觉和双目视觉两种三维重建方式的三维立体摄像装置，主要包括摄像装置本体、光源模块3、光源控制器10、阵列摄像组件1、可见光摄像组件7、光度立体处理器5、色彩纹理处理器6和双目视觉处理器8。在实施例1的基础上增设可见光摄像组件7和双目视觉处理器8。

所述可见光摄像组件7用于采集所述目标对象2反射的可见光，所述双目视觉处理器8的第一视场图像输入端与所述可见光摄像组件7的输出端连接，其第二视场图像输入端与所述阵列摄像组件1的可见光图像输出端连接。

基于该实施例2，本实用新型通过光源控制器控制点光源照射待拍摄的目标对象2，并通过阵列摄像组件1采集该目标对象2反射的环境可见光、所述第一波长光、所述第二波长光和所述第三波长光，再由可见光摄像组件7中的镜头模块701对入射光进行过滤处理，输出目标对象2反射的环境可见光，并由可见光感光芯片702进行感光处理输出可见光图像。

光度立体处理器5根据现有的光度立体视觉原理，从第一波长光图像、第二波长光图像和第三波长光图像中，提取不同的明暗信息，完成目标对象2的三维重建，色彩纹理处理器6从可见光图像中提取目标对象2的色彩、纹理、光照等信息，对光度立体处理器5输出的三维立体图像进行填色处理、纹理贴图等处理，输出该目标对象的完整的三维立体图像。

双目视觉处理器8根据现有的双目视觉原理，对阵列摄像组件1输出的可见光图像和可见光摄像组件7输出的可见光图像进行三维成像处理，从而输出该目标对象的完整的三维立体图像。

本实用新型基于该实施例2，能够实现输出基于光度立体视觉的三维立体图像和基于双目立体视觉的三维立体图像。并且，该实施例2还能适应如白天与夜晚等高照度环境和低照度环境，在低照度环境下，双目视觉处理器8输出的三维立体图像的质量低于色彩纹理处理器输出的三维立体图像质量，可通过色彩纹理处理器得到高质量且为彩色的三维立体图像。

实施例3

如图2所示，在实施例2的基础上，本实用新型还可增加输出控制开关9，通过输出控制开关9可选择最终输出的三维立体图像是由双目视觉处理器8输出还是由色彩纹理处理器6输出。所述输出控制开关9的第一输入端与所述双目视觉处理器8的输出端连接，其第二输入端与所述色彩纹理处理器6的输出端连接。

所述的输出控制开关9可以是手动操作的二选一开关，如设置摄像装置本体上的物理开关，也可以触摸屏上的虚拟开关等，可由用户根据自己的需求自行选择切换。

所述的输出控制开关9可以是自动操作的开关，如比较器、光强采集器等，比较器根据双目视觉处理器和色彩纹理处理器输出的三维立体图像的误差大小或噪声大小等，确定误差小或噪声小的三维立体图像为最终的三维立体图像；光强采集器根据环境中可见光的强度大小，判断采用适于高照度环境下的双目视觉三维处理，还是采用适于低照度环境下的光度立体视觉三维处理。

实施例4

在上述实施例2的基础上，本实用新型还可增设图像合成器13，所述图像合成器13用于输出包含亮度信息、深度信息和色彩信息的三维立体图像，其第一输入端与所述双目视觉处理器8的输出端连接，其第二输入端与所述色彩纹理处理器6的输出端连接。

实施例5

在上述实施例3的基础上，本实用新型还可增设图像合成器13，所述图像合成器13用于输出包含亮度信息、深度信息和色彩信息的三维立体图像，其输入端与所述输出控制开关9的输出端连接，接收双目视觉处理器和色彩纹理处理器输出的三维立体图像，并进行合成处理。

实施例6

基于上述实施例1~5中任一项，本实用新型还可增设用于输出同步控制信号以使多个部件同步工作的同步控制器11，该同步控制信号可以是一种使能信号，以控制光源控制器10、阵列摄像组件1和可见光摄像组件7等部件，根据自身的预设规则开始同步工作。

如图1所示，在实施例1的基础上，所述同步控制器11的输出端分别与所述阵列摄像组件1和所述光源控制器10的同步控制端连接，其输入端与同步控制开关12连接，同步控制阵列摄像组件1和光源控制器10的工作状态。所述的同步控制开关12可以为摄像装置本体上的一个物理按键，也可以是一种虚拟开关，如触摸屏上的虚拟按键，或者一种手势识别控制开关，或者一种语言识别控制开关等等。

如图2所示，在实施例2~5的基础上，所述同步控制器11的输出端分别与所述阵列摄像组件1、所述可见光摄像组件7和所述光源控制器10的同步控制端连接，其输入端与同步控制开关12连接，同步控制阵列摄像组件1、可见光摄像组件7和光源控制器10的工作状态。

实施例7

如图3所示，基于上述实施例1~6中任一项，所述阵列摄像组件1包括相互配合的封装体110和半导体基底111。

如图4、图5、图8所示，所述封装体110中开设有：

用于固定第一透镜101和第一滤镜105的第一通孔112以形成传输第一波段光的第一光传输通道；

用于固定第二透镜102和第二滤镜106的第二通孔113以形成传输第一波段光的第二光传输通道；

用于固定第三透镜103和第三滤镜107的第三通孔114以形成传输第一波段光的第三光传输通道；

用于固定第四透镜104和第四滤镜108的第四通孔115以形成传输第一波段光的第四光传输通道。

所述半导体基底111上设置有对所述第一波段光、所述第二波段光、所述第三波段光和所述可见光进行感光的成像器109。

进一步的，在实施例7中，所述成像器可采用以下两种方式之一。

A、如图6所示，所述成像器109包括与所述第一光传输通道相对设置的第一图像传感器、与所述第二光传输通道相对设置的第二图像传感器、与所述第三光传输通道相对设置的第三图像传感器和与所述第四光传输通道相对设置的第四图像传感器；其中，所述第一图像传感器的输出端与所述光度立体处理器5的第一波长光图像输入端连接，所述第二图像传感器的输出端与所述光度立体处理器5的第二波长光图像输入端连接，所述第三图像传感器的输出端与所述光度立体处理器5的第三波长光图像输入端连接，所述第四图像传感器的输出端与所述色彩纹理处理器6的彩色图像输入端连接。

B、如图7所示，所述成像器109包括同时与所述第一光传输通道、所述第二光传输通道、所述第三光传输通道和第四光传输通道相对设置的第五图像传感器，所述第五图像传感器应选择能够同时对第一波段光、第二波段光、第三波段光和可见光进行感光的感光芯片。

在A方式下，所述成像器109可以通过四个感光芯片分别对不同波段光进行感光，输出不同波段光的图像信息，各个感光芯片相互独立的设置在半导体基底111上，形成共基材器件。

在B方式下，所述成像器109通过一个感光芯片采集四个光传输通道输出的光信号，输出的每帧图像中均包含第一波段光图像、第二波段光图像、第三波段光图像和第四波段光图像。

进一步的，在B方式下，本实用新型还可包括图像分割器4，所述图像分割器4的输入端与所述成像器109的输出端连接，所述图像分割器4的第一波长光图像输出端与所述光度立体处理器5的第一波长光图像输入端连接，所述图像分割器4的第二波长光图像输出端与所述光度立体处理器5的第二波长光图像输入端连接，所述图像分割器4的第三波长光图像输出端与所述光度立体处理器5的第三波长光图像输入端连接，所述图像分割器4的可见光图像输出端与所述色彩纹理处理器6的彩色图像输入端连接。

进一步的，基于上述实施例1~6中任一项，在本实用新型中，用于发射第一波长光以照射目标对象2且使所述目标对象2的表面呈现第一明暗信息的所述第一点光源301需设置在所述摄像装置本体的第一固定位置处；用于发射第二波长光以照射目标对象2且使所述目标对象2的表面呈现第二明暗信息的所述第二点光源302需设置在所述摄像装置本体的第二固定位置处；用于发射第三波长光以照射目标对象2且使所述目标对象2的表面呈现第三明暗信息的所述第三点光源303需设置在所述摄像装置本体的第三固定位置处。

所述第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置相互之间具有一定的间隔距离，且其间隔距离越大，多个点光源照射能从不同的角度去照射同一个目标对象，使目标对象表面所能呈现的不同波段光的明暗信息的区别越大，越有利于进行光度立体三维成像。

优选的，本实用新型中，所述第一波长光为波长为λ₁的红外光，所述第二波长光为波长为λ₂的红外光，所述第三波长光为波长为λ₃的红外光，且λ₁＞λ₂＞λ₃。第一点光源301、第二点光源302和第三点光源303均为红外光点光源，。当然，所述第一波段光、第二波段光、第三波段光也可以是紫外光或其他。另外，本实用新型还可包括可见光点光源，用来照射可见光到目标对象上，以弥补环境中可见光强度不足，如采用可见光闪光灯或可见光补光灯。

如图9所示，图9描述了本实用新型所提出的三维立体摄像装置的一种结构示意图，该结构可视为一种手机、平板电脑或相机，该摄像装置本体的同一可视面上，分布设置有第一点光源301、第二点光源302、第三点光源303、阵列摄像组件1和可见光摄像组件7，该摄像装置本体上还具有用于同步控制补光与摄像的同步控制开关12。其中，阵列摄像组件1和可见光摄像组件7根据预设的基线长度设置在摄像装置本体上，以实现利用双目视觉原理进行图像处理，所述基线长度根据实际需求进行设定，基线长度越长，阵列摄像组件1和可见光摄像组件7采集图像的角度差越大，提取的深度信息越多。一般的，第一点光源301、第二点光源302和第三点光源303分布在摄像装置本体的边缘处，各个点光源之间的间距尽可能的为最大值，以使目标对象上能呈现更为明显的明暗信息。

用户将摄像装置的镜头面向待拍摄的目标对象后，按下同步控制开关12，同步控制器11输出同步控制信号至光源控制器11、阵列摄像组件1和可见光摄像组件7，光源控制器11控制点光源301~303向目标对象照射第一至第三波段的红外光。

同时，阵列摄像组件1采集目标对象反射的第一可见光图像、第一至第三波段的红外光图像，可见光摄像组件7采集目标对象反射的第二可见光图像。

然后，光度立体处理器5根据第一至第三波段的红外光图像进行三维重建，输出包含亮度信息的三维立体图像，色彩纹理处理器根据包含色彩信息的第一可见光图像和包含亮度信息的三维立体图像进行色彩和纹理贴图处理，生成既包含亮度信息又包含色彩信息的彩色的第一三维立体图像。双目视觉处理器8根据第一可见光图像和第二可见光图像进行双目视觉处理，生成既包含深度信息又包含色彩信息的第二三维立体图像。

最后，输出控制开关9根据用户设定或自动选择输出第一三维立体图像或者第二三维立体图像作为最终输出的三维立体图像，以及选择是否同时输出第一三维立体图像和第二三维立体图像至图像合成器13，输出包含亮度信息、深度信息和色彩信息的三维立体图像作为最终输出的三维立体图像。

当然也可以是在摄像前，输出控制开关先根据用户设定或根据环境光强及其他条件判定选用光度立体处理和双目视觉处理中的一种或同时选用，然后直接通过选择的处理器输出三维立体图像，可以减少摄像装置的运算量，降低功耗。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合。