基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置及方法，能够克服现有的机器视觉领域信息传输安全性较弱、鲁棒性较差的缺陷，且能够实现波长范围较大的裸眼三维显示。所述装置包括：裸眼立体显示设备、机器视觉采集设备和机器视觉分析设备；其中，所述裸眼立体显示设备，用于显示需要显示的三维立体影像，其中，所述显示波段包括不可见光波段的子集；所述机器视觉采集设备，用于采集所述三维立体影像；所述机器视觉分析设备，用于利用所述机器视觉采集设备采集的影像数据进行机器视觉分析。
【专利说明】
基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及机器视觉技术领域，具体涉及一种基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置及方法。
【背景技术】
[0002]机器视觉分析主要包括物体识别、定位、追踪等方面。基于显示装置的机器视觉分析能够根据采集到的显示信息进行分析与判断。传统二维显示装置作为一种输入输出设备，能够将数据通过特定的传输设备显示到屏幕上并呈现在观察者眼前。在传输的各种数据中，图像信息是显示装置最基本的显示数据。利用相机等采集设备能够对传输的数据进行采集，并同时进行分析处理，实现物体识别、定位、追踪等。然而，基于可见光二维显示装置的机器视觉分析存在以下的缺点:1、基于可见光的影像信息人眼可见，信息传输安全性较弱。2、基于可见光的机器视觉分析受到外界可见光环境的干扰，鲁棒性较差。因此，目前红外显示装置得到越来越多的关注。将红外显示装置用于机器视觉分析，能够提高信息传输的安全性与鲁棒性。
[0003]然而，传统二维显示(基于可见光或红外光二维显示装置)仅能够显示二维影像，缺乏三维影像信息的显示。相较于传统二维显示装置，裸眼三维显示装置因为其能够显示丰富的三维图像信息、提供更为直观的视觉感受、并且观察者无需佩戴特质眼镜等特点而引起越来越多的关注。现在，国外的多家公司都在进行基于可见光的裸眼三维显示器的研究与开发并已经有相关产品问世。但是，已有裸眼三维显示装置仅能够实现人眼可见的三维图像显示，无法实现波长范围更大的裸眼三维显示。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例提供一种基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置及方法，能够克服现有的机器视觉领域信息传输安全性较弱、鲁棒性较差的缺陷，且能够实现波长范围较大的裸眼三维显示。
[0005]—方面，本发明实施例提出一种基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，包括:
[0006]裸眼立体显示设备、机器视觉采集设备和机器视觉分析设备;其中，
[0007]所述裸眼立体显示设备，用于显示需要显示的三维立体影像，其中，所述显示波段包括不可见光波段的子集；
[0008]所述机器视觉采集设备，用于采集所述三维立体影像；
[0009]所述机器视觉分析设备，用于利用所述机器视觉采集设备采集的影像数据进行机器视觉分析。
[0010]另一方面，本发明实施例提出一种基于上述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的分析方法，包括:
[0011]所述裸眼立体显示设备显示需要显示的三维立体影像；
[0012]所述机器视觉采集设备采集所述三维立体影像；
[0013]所述机器视觉分析设备利用所述机器视觉采集设备采集的影像数据进行机器视觉分析。
[0014]本发明实施例提供的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置及方法，利用显示波段包括不可见光波段的子集的裸眼立体显示设备显示需要显示的三维立体影像，由于显示的三维立体影像人眼不可见，克服了现有的机器视觉领域信息传输安全性较弱的缺陷，而且在机器视觉分析设备采集影像数据时能够减少可见光的影响，从而克服了现有的机器视觉领域鲁棒性较差的缺陷，另一方面，通过调整裸眼立体显示设备的显示波段能够实现波长范围较大的裸眼三维显示。
【附图说明】
[0015]图1为本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置一实施例的结构示意图；
[0016]图2为本发明一实施例的被动式的立体全像型红外裸眼立体显示设备的裸眼立体显示部件示意图；
[0017]图3为本发明一实施例的可以被机器视觉探测到的三维红外标记物；
[0018]图4为本发明切换显示不同波段三维影像的示意图；
[0019]图5为本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析方法一实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]如图1所示，本实施例公开一种基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，包括:
[0022]裸眼立体显示设备1、机器视觉采集设备2和机器视觉分析设备3;其中，
[0023]所述裸眼立体显示设备I，用于显示需要显示的三维立体影像，其中，所述显示波段包括不可见光波段的子集；
[0024]所述机器视觉采集设备2，用于采集所述三维立体影像；
[0025]所述机器视觉分析设备3，用于利用所述机器视觉采集设备2采集的影像数据进行机器视觉分析。
[0026]本发明实施例提供的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，利用显示波段包括不可见光波段的子集的裸眼立体显示设备显示需要显示的三维立体影像，由于显示的三维立体影像人眼不可见，克服了现有的机器视觉领域信息传输安全性较弱的缺陷，而且在机器视觉分析设备采集影像数据时能够减少可见光的影响，从而克服了现有的机器视觉领域鲁棒性较差的缺陷，另一方面，通过调整裸眼立体显示设备的显示波段能够实现波长范围较大的裸眼三维显示。
[0027]可选地，在本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的另一实施例中，所述显示波段包括红外波段，所述机器视觉采集设备为基于红外光的机器视觉采集设备，所述裸眼立体显示设备有自发光式和被动发光式两种。
[0028]本发明实施例中，通过显示波段包括红外波段的红外裸眼立体显示设备显示出红外三维影像，不仅能够保证显示与传输信息的安全性，还使基于红外光的红外机器视觉采集设备能够捕获鲁棒性更高的红外影像，进行准确的图像识别、定位、追踪等。
[0029]可选地，在本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的另一实施例中，所述裸眼立体显示部件包括光栅型、立体全像型、光场型和全息型。
[0030]本发明实施例中，裸眼立体显示部件可以包括光栅型、立体全像型、光场型和全息型，也可以包括其它类型，本发明对此不作限定。
[0031]可选地，在本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的另一实施例中，若所述裸眼立体显示设备为被动发光式的立体全像型裸眼立体显示设备，所述被动发光式的立体全像型裸眼立体显示设备包括:光源发生器和裸眼立体显示部件，所述裸眼立体显示部件包括像素阵列和透镜阵列；
[0032]所述光源发生器产生的红外光照射所述像素阵列后产生的光线经所述透镜阵列调制后形成所述三维立体影像，其中，所述像素阵列记录有模拟的所述透镜阵列将模拟的所述三维立体影像投影到焦面上产生的图像信息。
[0033]根据实际需求，裸眼立体显示设备不仅可以显示某一特定波段下的三维影像，也可以切换显示多种波段下的三维影像。例如，可以切换显示红外裸眼立体影像和可见光裸眼立体影像，其中，基于可见光的裸眼三维影像用于观察者进行观察，基于红外的裸眼三维影像用于采集设备进行采集、利用机器视觉的方法进行识别分析。该显示设备能够同时满足人眼观察与机器视觉采集设备的高鲁棒性采集，实现准确图像识别、定位、追踪等，并且切换速度可调。如图2所示是本发明被动式的立体全像型红外裸眼立体显示设备的裸眼立体显示部件示意图。需要说明的是，被动式裸眼立体显示设备的其它类型(包括有光栅型、光场型和全息型)进行三维影像显示的原理与立体全像型裸眼立体显示设备进行三维影像显示的原理相同，只是所使用的进行光线调制的结构不同。此外，自发光式裸眼立体显示设备与被动发光式的唯一区别在于像素阵列能够自发光，即自发光式裸眼立体显示设备的像素阵列可取代光源发生器，从而自发光式裸眼立体显示设备不需要光源发生器，通过自发光的像素阵列和光线调制结构(比如透镜阵列、光栅等)即可实现三维影像显示。此外，还可以借助于可见的或红外的裸眼三维立体标记物来提高裸眼立体显示设备显示的三维立体影像的定位与追踪精度。比如，在裸眼立体显示渲染过程，设置待显示的原始三维数据的位置与标记物的位置相同，通过模拟透镜阵列和成像面位置，模拟物体中每个点发出的光线，得到光线穿过透镜阵列后在图像层成的像。而在裸眼立体显示再现过程，通过显示图像层成的像，并在图像前放置具有和渲染过程相同参数的透镜阵列。根据光路可逆原理，能够在空间中再现三维影像。为了进行定位与追踪，可以同时显示标记物与裸眼三维立体影像，因为两者位置一样，通过定位标记物的位置实现追踪点的定位与追踪。如图3所示为可以用于显示器定位追踪的一种红外裸眼三维立体标记物的图像。根据生成的这种红外裸眼三维立体标记物，能够完成高鲁棒性的标记物识别、分析、定位与追踪，并进一步根据标记物实现对显示器与三维影像的定位追踪。需要说明的是，图3中所示的标记物只是适用于本发明的标记物中的一种，本发明还可以使用其它类型的标记物进行辅助定位与追踪，比如可以使用球体等其它具有特殊形状的标记物，只要能够对其标记点定位即可。而且本发明对组成标记物的结构的数量不作限定，以能够实现待追踪物的定位为宜。
[0034]可选地，在本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的另一实施例中，所述光源发生器可切换发出红外光和可见光。
[0035]如图4所示是本发明切换显示不同波段三维影像的示意图，可以显示波长范围更广的裸眼三维影像，主要包括人眼可观察的可见光裸眼三维立体影像和用于机器视觉等领域的红外裸眼三维立体影像。当两者的切换速度足够快时能够满足人眼连续观察。需要说明的是，图4中显示的红外裸眼三维立体影像可以为待追踪物的红外影像和标记物的红外影像。当待追踪物的红外影像可以展现给用户时，可以使显示的可见光裸眼三维立体影像为待追踪物的影像，而显示的红外裸眼三维立体影像为标记物的红外影像。该装置能够满足人眼观察裸眼三维影像的同时，在保证传输信息的安全性的同时满足机器视觉的高鲁棒性的准确图像识别与定位追踪。
[0036]可选地，在本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的另一实施例中，所述机器视觉采集设备为单目相机、双目相机或多目相机。
[0037]可选地，在本发明基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的另一实施例中，若机器视觉分析为物体识别，则所述机器视觉分析设备采用已有图像识别算法进行分析处理；
[0038]若机器视觉分析为物体定位和追踪，则所述机器视觉分析设备分别采用已有空间定位算法和物体追踪算法进行分析处理。
[0039]若机器视觉采集设备选用单目相机，则可以实现物体二维识别与追踪。可以通过特征或深度学习等方式识别二维图像;通过对视频流每帧之间的相互关系实现物体追踪。
[0040]若机器视觉采集设备选用双目相机或多目相机，则可以实现物体的三维识别与追踪。可以通过采集数据重建得到三维物体，利用三维特征或深度学习等方式识别三维物体；通过对基于视频流每组帧重建得到的三维物体之间的相互关系实现物体三维追踪。同时，可以通过基于多视图的三角化等方式实现物体的定位。
[0041]参看图5，本实施例公开一种基于上述实施例任一项所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的分析方法，包括:
[0042]S1、所述裸眼立体显示设备显示需要显示的三维立体影像；
[0043]S2、所述机器视觉采集设备采集所述三维立体影像；
[0044]S3、所述机器视觉分析设备利用所述机器视觉采集设备采集的影像数据进行机器视觉分析。
[0045]本实施例提供的分析方法，利用显示波段包括不可见光波段的子集的裸眼立体显示设备显示需要显示的三维立体影像，由于显示的三维立体影像人眼不可见，克服了现有的机器视觉领域信息传输安全性较弱的缺陷，而且在机器视觉分析设备采集影像数据时能够减少可见光的影响，从而克服了现有的机器视觉领域鲁棒性较差的缺陷，另一方面，通过调整裸眼立体显示设备的显示波段能够实现波长范围较大的裸眼三维显示。
[0046]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
【主权项】
1.一种基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，其特征在于，包括: 裸眼立体显示设备、机器视觉采集设备和机器视觉分析设备;其中， 所述裸眼立体显示设备，用于显示需要显示的三维立体影像，其中，所述显示波段包括不可见光波段的子集； 所述机器视觉采集设备，用于采集所述三维立体影像； 所述机器视觉分析设备，用于利用所述机器视觉采集设备采集的影像数据进行机器视觉分析。2.根据权利要求1所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，其特征在于，所述显示波段包括红外波段，所述机器视觉采集设备为基于红外光的机器视觉采集设备，所述裸眼立体显示设备有自发光式和被动发光式两种。3.根据权利要求2所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，其特征在于，所述裸眼立体显示部件包括光栅型、立体全像型、光场型和全息型。4.根据权利要求3所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，其特征在于，若所述裸眼立体显示设备为被动发光式的立体全像型裸眼立体显示设备，所述被动发光式的立体全像型裸眼立体显示设备包括:光源发生器和裸眼立体显示部件，所述裸眼立体显示部件包括像素阵列和透镜阵列； 所述光源发生器产生的红外光照射所述像素阵列后产生的光线经所述透镜阵列调制后形成所述三维立体影像，其中，所述像素阵列记录有模拟的所述透镜阵列将模拟的所述三维立体影像投影到焦面上产生的图像信息。5.根据权利要求4所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，其特征在于，所述光源发生器可切换发出红外光和可见光。6.根据权利要求1所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，其特征在于，所述机器视觉采集设备为单目相机、双目相机或多目相机。7.根据权利要求1所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置，其特征在于，若机器视觉分析为物体识别，则所述机器视觉分析设备采用已有图像识别算法进行分析处理， 若机器视觉分析为物体定位和追踪，则所述机器视觉分析设备分别采用已有空间定位算法和物体追踪算法进行分析处理。8.—种基于权利要求1至7任一项所述的基于裸眼立体显示的机器视觉分析装置的分析方法，其特征在于，包括: 所述裸眼立体显示设备显示需要显示的三维立体影像； 所述机器视觉采集设备采集所述三维立体影像； 所述机器视觉分析设备利用所述机器视觉采集设备采集的影像数据进行机器视觉分析。
【文档编号】H04N13/04GK105898287SQ201610294837
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】廖洪恩, 范真诚
【申请人】清华大学