一种三维数码相机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种数码相机，尤其涉及一种三维数码相机。包括柜体，所述的柜体中设有数码相机、USB接口、光栅投影仪、控制系统和反射镜组件，所述的控制系统分别控制数码相机和光栅投影仪，所述的反射镜组件与数码相机呈配接分布，所述的数码相机与USB接口相连通。一种三维数码相机结构紧凑度高，取像时间短、模型精度高，可以准确地得到人体面部和至少一侧耳部的信息；由于采用多光路通道为物理结构，不存在不同步的问题，因而硬件成本也大大降低。
【专利说明】
一种三维数码相机
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种数码相机，尤其涉及一种三维数码相机。
【背景技术】
[0002]三维扫描仪(3D Scanner)又称为三维数字化仪(3D Digitizer)或三维相机(3DCamera)，在以下的描述中，将其通称为三维相机(3D Camera)，它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具。它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息(或黑白信息)转换为USB接口能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。目前在国内外，三维相机已被广泛用于人体胸部以上(有时专注于头部)的模型捕捉，并进而用于其他各行各业的二次模型开发。
[0003]用于三维建模的设备所采用的方法多种多样，有破坏性的，也有非接触式的。基于USB接口视觉原理提出了多种三维信息获取原理。这包括单目视觉法，立体视觉法(包括双目、多目视觉法)，从轮廓恢复形状法，从运动恢复形状法，结构光法，编码光法等。其中的结构光法，编码光法成为目前多数三维扫描设备的基础。
[0004]在三维相机中，技术应用最为成熟要算结构光法和双目视差法。其中又以结构光法应用最为广泛。
[0005]结构光法的基本思想是利用照明光源中的几何信息帮助提取物体的几何信息，是一种利用图像又利用可控光源的测距技术。它将具有特殊结构形状的光源投射到待测物体上，形成光条纹，根据光源与相机位置，按照USB接口视觉理论，由光条纹的形状可以计算出被照射点的三维坐标，这种方法又称为光条法。从光源的几何形状上说，结构光有点状、条状、网状等多种，可以采用激光或白光作为光源。
[0006]使用这种方法的三维相机，其实现方法是这样的:在三维相机内部放置一个稳定的光源，当相机工作后，光源便会开启，产生稳定的白色光。在这一光源的正前方，放置有一光栅片。白光将光栅投影在被捕捉物体表面，通过相应三维软件中得到被测物体的模型。采用这种方法的相机的一个缺点是，当相机工作的时候，需要将光栅持续地投影在物体表面，持续时间长。当其用于捕捉人的三维模型时，由于时间长，难以保证人的位置不发生改变，从而影响模型效果，同时由于投影光栅时强烈的白光，会使人感到刺眼、不适。采用这种方法同时存在不可视区，也受到物体表面反射特性的影响。
[0007]双目视差法属于立体视差法，它根据钢体运动方程测量原理，利用对应点的视差可以计算视野范围内的立体信息，用于双目和多目视觉。这种方法模拟的视觉方式，用两部位于不同位置的相机对同一目标拍摄两幅图像，得到一组“像对”。对于目标上的采样点，它在两幅图像上都成像，根据它在两幅图像中的像点和相机位置，可以引出两条“视线”，计算它们的交会点坐标，就是采样点的空间坐标。人类视觉系统对于深度的感知就部分地基于这一原理。这种方法对应用场合要求较宽松，一次能获得一块区域的三维信息，特别是具有不受物体表面反射特性影响的优点。
[0008]目前采用多目视差法来获取三维模型的最常用方法是，采用左右两个数码相机镜头，将光栅投影仪放置在左右镜头的中间，使用这种方法并加以软件的配合可以得到三维模型的，但该方法存在的主要缺点是:由于光栅只能正面投影于人体面部，使得相机取像范围很小，人的两侧耳朵都无法捕捉到。另外，两个镜头的同步性解决非常困难，而且成本很尚O
【实用新型内容】
[0009]本实用新型主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、能够准确地得到人体三维图像的的一种三维数码相机。
[0010]本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0011]一种三维数码相机，包括柜体，所述的柜体中设有数码相机、USB接口、光栅投影仪、控制系统和反射镜组件，所述的控制系统分别控制数码相机和光栅投影仪，所述的反射镜组件与数码相机呈配接分布，所述的数码相机与USB接口相连通；
[0012]所述的数码相机中设有镜头，所述的镜头、反射镜组件呈配接分布；
[0013]所述的反射镜组件包括第一左反射镜、第一右反射镜、第二左反射镜和第二右反射镜，所述的第一左反射镜与第一右反射镜呈夹角拼接分布，所述的第二左反射镜与第二右反射镜呈间隔状夹角分布，所述的第一左反射镜与第二左反射镜间构成左光路通道，所述的第一右反射镜与第二右反射镜间构成右光路通道，所述的左光路通道、右光路通道具有同一光路出口，所述的镜头与光路出口呈配接分布。
[0014]作为优选，所述的左光路通道与右光路通道沿镜头纵向中心线对称，所述的左光路通道与右光路通道呈30-90度夹角分布。
[0015]作为优选，所述的光栅投影仪与镜头纵向呈1-10度夹角。
[0016]作为优选，所述的第一左反射镜与第二左反射镜呈平行分布，所述的第一右反射镜与第二右反射镜呈平行分布，所述的第一左反射镜与第一右反射镜呈90度夹角分布，所述的第二左反射镜与第二右反射镜呈90度夹角分布。
[0017]采用上述的两反射镜组后，由于左光路通道、右光路通道沿所述的镜头纵向中心线对称，此时被测物体分别经左光路通道和右光路通道后成像的区域相同。
[0018]工作原理:数码相机通过USB方式连接USB接口，数码相机拍照后自动将图片传输给USB接口。本实用新型的相机采用了双目视差法和光栅辅助定位相结合的原理，将一部相机的光路分成多个光路(如可以是左、右两路)，同时将光栅投影仪放置于分光装置一侧，并且成一小角度(1-10°)倾斜放置，这样当投影于人体面部时，便可以很好的投影在面部和一侧耳朵。如此，使用者可以得到真实的人体头部的三维模型，这一模型可以真实地反映脸部细节和至少一侧的耳部。由于通常人的左右耳朵是对称的，如果远离光栅一侧的耳部没有很好地生成立体模型，我们也可以通过软件将一侧耳朵镜像于另一侧，这样得到的模型同样可以保证是真实的三维模型。
[0019]采用本实用新型的相机进行拍照时，物体(人体)置于分光装置的正前方，启动三维数码相机，执行拍摄命令，数码相机在控制系统的作用下，先在投影仪关闭时拍摄一副物体的纹理图像，然后在投影仪开启时拍摄一副物体的光栅图像，从而分别记录下被测物体的纹理和光栅信息。拍摄两幅图像的时间间隔可因具体情况而定，但一般应选择不超过人体的反应时间，如0.6s是比较优选的时间间隔。物体(人体)上的每一个采样点可以得到一组“像对”，根据每个采样点在两幅图像中的像点和投影仪相对于数码相机的位置(距离、角度)，可以进行计算得到三维模型。
[0020]因此，本实用新型的一种三维数码相机，结构紧凑度高，取像时间短、模型精度高，可以准确地得到人体面部和至少一侧耳部的信息；由于采用多光路通道为物理结构，不存在不同步的问题，因而硬件成本也大大降低。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0023]实施例1:如图1所示，一种三维数码相机，包括柜体I，所述的柜体I中设有数码相机2、USB接口 3、光栅投影仪4、控制系统5和反射镜组件，所述的控制系统5分别控制数码相机2和光栅投影仪4，所述的反射镜组件与数码相机2呈配接分布，所述的数码相机2与USB接口 3相连通；
[0024]所述的数码相机2中设有镜头6，所述的镜头6、反射镜组件呈配接分布；
[0025]所述的反射镜组件包括第一左反射镜7、第一右反射镜8、第二左反射镜9和第二右反射镜10，所述的第一左反射镜7与第一右反射镜8呈夹角拼接分布，所述的第二左反射镜9与第二右反射镜10呈间隔状夹角分布，所述的第一左反射镜7与第二左反射镜9间构成左光路通道11，所述的第一右反射镜8与第二右反射镜10间构成右光路通道12，所述的左光路通道11、右光路通道12具有同一光路出口，所述的镜头6与光路出口呈配接分布。
[0026]所述的左光路通道11与右光路通道12沿镜头6纵向中心线对称，所述的左光路通道11与右光路通道12呈30-90度夹角分布。
[0027]所述的光栅投影仪4与镜头6纵向呈1-10度夹角。
[0028]所述的第一左反射镜7与第二左反射镜9呈平行分布，所述的第一右反射镜8与第二右反射镜10呈平行分布，所述的第一左反射镜7与第一右反射镜8呈90度夹角分布，所述的第二左反射镜9与第二右反射镜10呈90度夹角分布。
【主权项】
1.一种三维数码相机，其特征在于:包括柜体(1)，所述的柜体(I)中设有数码相机(2)、USB接口(3)、光栅投影仪(4)、控制系统(5)和反射镜组件，所述的控制系统(5)分别控制数码相机(2)和光栅投影仪(4)，所述的反射镜组件与数码相机(2)呈配接分布，所述的数码相机(2)与USB接口(3)相连通； 所述的数码相机(2)中设有镜头(6)，所述的镜头(6)、反射镜组件呈配接分布； 所述的反射镜组件包括第一左反射镜(7)、第一右反射镜(8)、第二左反射镜(9)和第二右反射镜(10)，所述的第一左反射镜(7)与第一右反射镜(8)呈夹角拼接分布，所述的第二左反射镜(9)与第二右反射镜(10)呈间隔状夹角分布，所述的第一左反射镜(7)与第二左反射镜(9 )间构成左光路通道(11)，所述的第一右反射镜(8 )与第二右反射镜(1 )间构成右光路通道(12)，所述的左光路通道(11)、右光路通道(12)具有同一光路出口，所述的镜头(6)与光路出口呈配接分布。2.根据权利要求1所述的一种三维数码相机，其特征在于:所述的左光路通道(11)与右光路通道(12)沿镜头(6)纵向中心线对称，所述的左光路通道(11)与右光路通道(12)呈30-90度夹角分布。3.根据权利要求1所述的一种三维数码相机，其特征在于:所述的光栅投影仪(4)与镜头(6)纵向呈1-10度夹角。4.根据权利要求1所述的一种三维数码相机，其特征在于:所述的第一左反射镜(7)与第二左反射镜(9)呈平行分布，所述的第一右反射镜(8)与第二右反射镜(10)呈平行分布，所述的第一左反射镜(7)与第一右反射镜(8)呈90度夹角分布，所述的第二左反射镜(9)与第二右反射镜(10)呈90度夹角分布。
【文档编号】G03B35/10GK205656420SQ201620170718
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年3月7日 公开号201620170718.X, CN 201620170718, CN 205656420 U, CN 205656420U, CN-U-205656420, CN201620170718, CN201620170718.X, CN205656420 U, CN205656420U
【发明人】陈建伟, 郑叶军, 何文浩
【申请人】南京宝岩自动化有限公司