光学三维影像成像装置的制作方法

本实用新型涉及一种成像装置，尤其涉及一种光学三维影像成像装置。

背景技术：

人类是具有立体空间感官的生物，当双眼看着一个被测物时，双眼间具有角度的视差，这种视差信号会传送至大脑，并在大脑的视觉处理区组合成像，形成具有层次和景深的单一物像，进而令人类产生三维空间的立体感，而随着科技的日益进步，三维影像是继高清影像后的发展趋势，现有的光学三维影像成像装置一般是利用不同的获取装置以不同的角度拍摄多张影像，再进行合成得到三维影像，或是在获取装置的本体上配置两个独立的镜头，并将镜头之间的距离设置为约等于人类两眼间平均距离，藉此仿真人类的左右眼以获取三维影像，上述光学三维影像成像装置结构复杂，操作难度大且成本昂贵。

故，需要一种成本低、结构简单且三维被测物成像效果良好的光学三维影像成像装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种成本低、结构简单且三维被测物成像效果良好的光学三维影像成像装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种光学三维影像成像装置，包括控制处理装置、镜头、凸透镜、点阵发光元件以及拾像器，所述镜头以及拾像器的中心位于同一水平线上，所述凸透镜与点阵发光元件设置于所述镜头的上方或下方，所述点阵发光元件发出光源，所述光源经所述凸透镜后照射在被测物上并反射，经所述被测物反射的反射光通过所述镜头成像于所述拾像器上，所述控制处理装置控制所述镜头移动以改变所述镜头与被测物之间的距离f1，所述控制处理装置控制所述点阵发光元件的开闭，并获取不同所述距离f1下的所述点阵发光元件开启或关闭状态下在所述拾像器上生成的图像并处理。

与现有技术相比，本实用新型的点阵发光元件中每一光源点照射至被测物后反射，被测物的反射光通过镜头成像于拾像器中，控制处理装置控制镜头移动而改变镜头与被测物之间的距离f1以及控制点阵发光元件的开闭，从而获得在不同距离f1下的点阵发光元件开启时的成像图以及点阵发光元件关闭时的成像图，在点阵发光元件开启状态下得到的成像图为照射图，而在点阵发光元件关闭状态下得到的成像图为背景图，控制处理装置接收n个不同的距离f1的照射图以及背景图后，对每个距离f1所对应的照射图和背景图进行处理得到每个距离f1对应的点阵照射图，再通过控制处理装置从每一张点阵照射图中找出每一光源点的最高对比度所对应的距离f1，再将每一光源点的最高对比度所对应的距离f1组成深度图，相应地可得到与被测物相关的三维数据以构成三维影像，本实用新型通过一个镜头获取三维影像，无需使用多个镜头也无需在不同角度拍摄被测物再合成三维影像，结构简单，成本相对较低，且通过深度图可精确形成三维影像，所生成的三维影像更加接近真实被测物，成像效果良好。

较佳地，所述控制处理装置包括控制单元，处理单元以及显示单元，所述控制单元控制所述镜头移动以及点阵发光元件的开闭，所述处理单元获取所述拾像器上生成的图像并处理，所述显示单元显示拾像器上生成的图像。

较佳地，本实用新型的光学三维影像成像装置还包括同于调节光通量的光圈，所述光圈设置于所述镜头与拾像器之间，且所述光圈的中心与镜头的中心位于同一水平线上。

较佳地，所述光学三维影像成像装置满足其中f1为所述被测物与所述镜头的之间距离，f2为所述镜头与所述拾像器之间的距离，f为所述镜头的焦长。

较佳地，所述点阵发光元件包括灯板以及若干个均匀排布在所述灯板上的LED灯。

附图说明

图1是本实用新型的光学三维影像成像装置的结构示意图。

图2是本实用新型的点阵发光元件的结构示意图。

图3是本实用新型的光学三维影像成像装置的流程图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清晰的理解，先对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

请参考图1，本实用新型提供一种光学三维影像成像装置100，包括控制处理装置101、镜头102、凸透镜103、点阵发光元件104以及拾像器105，具体地，镜头102以及拾像器105的中心位于同一水平线上，凸透镜103与点阵发光元件104设置于镜头102的下方，更具体地，凸透镜103设置于镜头102的正下方，而点阵发光元件104设置于拾像器105的正下方，当然，亦可将凸透镜103以及点阵发光元件104设置于镜头102的上方，点阵发光元件104开启时发出光源，所述光源经凸透镜103后照射在被测物10上后被反射，而经被测物10反射的反射光通过镜头102成像于拾像器105上，控制处理装置101可控制镜头102移动以改变镜头102与被测物10之间的距离f1，还可控制点阵发光元件104的开启与关闭，并获取不同距离f1下的点阵发光元件104开启或关闭状态下拾像器105上生成的图像并对图像进行处理。

具体地，控制处理装置101将镜头102移动使得镜头102与被测物10之间的距离为f1＝f11，控制处理装置101开启点阵发光元件104，点阵发光元件104的光源经凸透镜103后照射在被测物10上，被测物10的反射光(此处被测物10的反射光包括自然光以及点阵发光元件104的光源)经镜头102成像于拾像器105上，此时图像为照射图，控制处理装置101获取照射图并存储，控制处理装置101关闭点阵发光元件104，此时处于自然状态下(即被测物仅在自然光下)，被测物10的反射光(此处被测物10的反射光为自然光)经镜头102成像于拾像器105上，此时图像为背景图，控制处理装置101获取背景图并存储，控制处理装置101再处理照射图以及背景图，将照射图减去背景图，即将照射图中位置及亮度与背景图中完全一致的部分消除，从而得到点阵发光元件104上的每一光源点的对比度图像，该图像为点阵照射图。重复以上步骤，获取多个不同距离f1下的点阵照射图，并对点阵照射图进行存储以进行后续的处理。

其中，控制处理装置101包括控制单元101a、处理单元101b以及显示单元101c,控制单元101a控制镜头102移动以及点阵发光元件104的开闭，处理单元101b获取拾像器105上生成的图像并处理，拾像器105所生成的图像可存储于处理单元101b中，显示单元101c显示拾像器105上生成的图像，显示单元101c还可以显示图像经处理单元101b处理后所获得三维影像。

请继续参考图1，为了更精确地获取三维影像，光学三维影像成像装置100还包括用于调节光通量的光圈106，光圈106设置于镜头102与拾像器105之间，且光圈106的中心与镜头102的中心位于同一水平线上，该水平线与镜头102的主光轴一致。

请继续参考图1，光学三维影像成像装置100满足f1为被测物10与镜头102的之间的距离，f2为镜头102与拾像器105之间的距离，f为镜头102的焦长，其中，镜头102的焦长f已知，镜头102与拾像器105之间的距离f2固定且数值已知，根据可求得距离f1。

请参考图2，点阵发光元件104包括灯板104a以及若干个均匀排布在灯板104a上的LED灯104b，每一个LED灯104b则为一个光源点，由灯板104a上的所有LED灯104b共同发出所述光源，当然，可根据使用需求可更换成其他常见的点阵发光元件。

依据摄影原理，当镜头102正确对焦时，被测物10经镜头102投射在拾像器105上的图像的对比度是最高的，其中对比度是指光暗差值或反差，而当一束光聚焦在一个物体平面时，光点的对比度也是最高的，即当光束聚焦在被测物10的某一点上且镜头102同时又聚焦在这一点上时，拾像器105上该光点的对比度最高，即可通过在成像于拾像器105上的每一张照射图中寻找每一光源点照射在被测物10上的最高对比度，再依据最高对比度寻找所对应的焦距，得到被测物的三维数据，依据三维数据获取被测物的三维影像，依据以上原理并结合图1及图3，具体地，光学三维影像成像装置100获取三维影像的操作方法如下,先对被测物10大致地进行对焦，此时镜头102与被测物10之间的距离为f1＝f1’，将f1’设为平均焦距，以f1＝f1’为基准，将点阵发光元件104关闭，被测物10成像于拾像器105中，成像图为基准图像，控制处理装置101获取平均焦距以及基准图像并存储，控制处理装置101控制镜头102移动使的镜头102与被测物10之间的距离f1＝f11，其中，经控制处理装置101控制后镜头102与被测物10之间的距离f1可小于平均焦距亦可大于平均焦距，在f1＝f11时，控制处理装置101开启点阵发光元件104，点阵发光元件104的光源照射至被测物10上并反射，被测物10与所述光源经镜头102成像于拾像器105上(生成照射图)，控制处理装置101获取成像于拾像器105上的照射图并存储；控制处理装置101关闭点阵发光元件104，被测物10再经镜头102成像于拾像器105上(生成背景图)，控制处理装置101获取成像于拾像器105上的背景图并存储，再将照射图减去背景图得到在距离f11下的点阵照射图，此时，控制处理装置101存储该点阵照射图，点阵照射图上具有点阵发光元件104上的各个光源点的图像，在距离f11下的点阵照射图上的光源点对比度不同，重复以上步骤，获取距离f1＝f12……f1n下的n-1张点阵照射图，控制处理装置101再将n张点阵照射图进行比对，找出点阵发光元件104的某一光源点在哪个距离f1下的对比度最大，此距离f1即为该光源点的焦距，寻找每一光源点的焦距，每一光源点所对应的焦距共同构成物件的深度图，每一光源点所对应的焦距再减去平均焦距得到被测物的三维数据，根据被测物的三维数据以及基准图像进行调节可准确获取物件的三维影像。本实用新型的光学三维影像成像装置100结构简单，直接利用一个镜头102经由控制处理装置101的控制而获得三维影像，所有图像均有控制处理装置101进行处理，且处理后可得到被测物10的三维数据并根据三维数据可精确获得被测物10的三维影像。

较佳地，本实用新型的光学三维影像成像装置100可应用于读取面普三维数据、读取三维立体物件作3D打印、辨认平面与立体物体以及自动对焦投影装置(如投影机等)，但不限于此。

以上所述仅为本实用新型所优选的实施例，不能以此来限定本实用新型的权利范围。在本实用新型的构思范围内，可以合理地做出相应的变化。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求书为准。