专利名称：仿生复眼式正方形阵列图像传感器系统的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种仿昆虫生物复眼式正方形阵列图像传感器系统，是一 种基于生物学中昆虫复眼机理而设计的立体机器视觉系统，属于计算机视觉 测量和视频监控技术领域。
背景技术：
目前在工业视频监视监测和计算机视觉测量应用中，高分辨率图像往往 可以提供所需要的重要细节信息，为了获取图像的三维信息，由双摄像头组
成的机器视觉系统(stereo vision),这种方法采用了 2个独立的和经过校 正的摄像头组成，是立体机器视觉系统中进行三维结构重建所普遍采用的； 另外，多摄像头组成的机器视觉系统，通常采用3个以上的摄像头，但是每 个摄像头与另外一个摄像头并不能组成一一对应的视轴对称的图像对，因 此，普通的多摄像头方法则往往是简单地重复使用单一摄像头的组合，没有 建立以仿生机制为基础的正方形阵列排列型昆虫复眼式结构，缺乏系统对称 性，不具备仿生复眼功能。
发明内容
本发明针对目前立体视觉系统缺乏系统对称性，基于生物学中的昆虫生 物复眼机理而设计的一种按正方形对称排列的仿生复眼型式正方形阵列图 像传感器系统，旨在克服现有双摄像头或3个以上的摄像头所组成的机器视 觉系统存在的不足，提取优化的图像中物体的三维立体结构信息。
本发明的技术解决方案其特征是视频摄像头阵由第一摄像头，第二摄像头，第三摄像头和第四摄像头四个视频摄像头组成，并按照正方形对称 式排列形成视频摄像头阵列，四个摄像头分别安装在摄像头阵列A面四个角 的位置，在摄像头阵列B面，摄像头电路的第一接插件，第二接插件，第三接 插件和第四接插件，分别与第一摄像头，第二摄像头，第三摄像头和第四摄
像头四个视频摄像头相对应；四个摄像头分别经视频连头连接4路视频编码 器。
所述的4路视频编码器，其每一路视频编码器都采用Phlips公司的 SAA7114芯片，它们安装在后端的嵌入式视频服务器中，主要完成对摄像头 采集的模拟视频信号到数字化和视频制式转换，其输出数据信号直接接入嵌 入式视频服务器中的视频帧存储器。
本发明的优点按照仿生学原理设计，以一组4个摄像头组成仿生复 眼型图像传感器系统，它能够产生两组配对图像即，直接耦合组配对图像 和交互耦合组配对图像，共计六对配对图像，从而有效地获取图像中的物体 三维结构，运用配对图像算法从而实现动态自动校正地获取图像中物体的三 维立体信息的功能。
附图1是本发明的系统构造示意附图2是本发明的摄像头阵列正面安置示意附图3是本发明的电路接插件排列示意附图4是本发明的摄像头与视频接头连接关系示意附图5是本发明的直接耦合和交互耦合组配对图像；其中附图5-1是直接耦 合组配对图像图，附图5-2是交互耦合组配对图像图； 附图6是本发明的嵌入式视频服务器D的原理方框图； 附图7是本发明的工作流程图。
具体实施例方式
对照附图l， A视面是图像传感器的正(前)面，即为A面，B视面是
图像传感器的后面，即为B面，图像传感器的壳体为C， D为嵌入式视频服 务器。第一摄像头Il,第二摄像头I2，第三摄像头I3和第四摄像头I4四 个摄像头分别安装在摄像头阵列A面四个角的位置，在B面，摄像头的电路 接插件B1，B2，B3和B4，分别对应于第一摄像头I1，第二摄像头12，第三摄 像头13和第四摄像头14。
对照图2，其结构是摄像头采用CCD (Charge Coupled Device,电荷耦 合器件)摄像头，由正视面(A面)可见，第一摄像头II至第四摄像头14 是按正方形阵列排列，四个摄像头组成高清晰图像传感器，每个摄像头的中 心线到图像传感器的正面的中心位置为可调，常用的设置参数设计为25mm， 也即每个摄像头的中心相互之间的位置为可调，摄像头的位置中心之间相距 尺寸设计为2X25二50mm。
对照图3，是仿生复眼式图像传感器系统的电路接插件排列示意图， 即后视(B视面)示意图。第一摄像头II的电路接插件为B1，第二摄像头 12的电路接插件为B2，第三摄像头I3的电路接插件为B3，第四摄像头I4 的电路接插件为B4。
对照图4，其结构是第一摄像头II至第四摄像头14的排列由图2给 出，每个摄像头与视频接头的连接是一一对应的，图中AA为视频连接线， 图中BB为音频连接线。
对照图5，图像传感器系统由第一摄像头II至第四摄像头14的四个 摄像头组成，而每个摄像头可以独立的作为一个高清晰图像传感器工作。每 两个平行的或者是垂直的摄像头获取的图像组成配对图像。这些配对图像称 之为直接耦合组配对图像，或者称之为交互耦合组配对图像。直接耦合组图 像为第一直接耦合组图像摄像头(11,12)，第二直接耦合组图像摄像头 (13,14)，第三直接耦合组图像摄像头(I1，I3)，第四直接耦合组图像摄像 头(12，14)图像对，交互耦合组图像为第一交互耦合组图像摄像头(11，14) 和第二交互耦合组图像摄像头(12，工3)图像对。
对照图6，其结构主要包括视频编码器SAA7114、帧存储器、视频数字 信号处理器DSP、可编程逻辑器件FPGA、标准的JTAG测试协议接口、直接 存取存储器、Flash存储器、同步动态随机存储器SDRAM、 ARM嵌入式系统、 RS485通信接口、 RS232通信接口、 802. 11协议处理器及通信接口 、通用串 行总线USB接口、电源管理模块等构成。基于嵌入式系统的视频服务器D设 计为集成采集四个摄像头信号组成的复合结构，任意两个摄像头自由组合， 自适应标定，影射到世界坐标系，完成快速立体视觉实时计算功能。嵌入式 视频服务器D设计采用TI公司生产的专业图像视频数字信号处理器(DSP) DM643、 Intel公司生产的高端ARM嵌入式系统PXA27X和可编程逻辑器件FPGA (现场可编程门阵列)相结合的设计平台。通信接口采用IEEE802. p/n标准 设计，兼容5. 9GHz和2. 4G自适应的宽带无线通信接口。
第一摄像头II，第二摄像头12，第三摄像头13和第四摄像头14四个 摄像头分别经视频连头连接4路视频编码器(采用Phlips公司的SAA7114) 的VIDE01 VIDE04端口。 FPGA旨在建立高速图像采集单元与中央处理器的 快速通道，主要实现对视频编码器的初始化、可编程地产生DSP系统和ARM 系统所需的时序和逻辑关系、基本的I/0信号、控制R/W信号等。DSP系统 主要完成复杂的高性能立体视觉实时计算、目标的跟踪、识别算法实现等。 高端ARM嵌入式系统是整个视频服务器D的协调管理者，主要负责通信、协
议解析和数据的交换等。
对照图7，由操作人员开启图像传感器系统的摄像头，获取4路实时视
频图像；如果无视频图像输出，则重新开启系统。如果有视频信号输出，即
获取实时摄像头阵列第一摄像头Il，第二摄像头I2,第三摄像头I3和第四 摄像头14输出成功，则进入下一步；在获得4路并行视频图像输出的基础
上，在配备的嵌入式视频服务器软件协助下获取每两个平行的或者是垂直的 高清晰图像传感器获取的图像组成配对图像。
这些配对图像分别称之为直接耦合组配对图像和交互耦合组配对图像。 直接耦合组配对图像为提取图像物体三维立体结构提供了优化的图像源。同 时获取的交互耦合组配对图像，为提取图像物体三维立体结构提供了另外一 个独立的验证图像源。
每个视频摄像头可以独立的作为一个高清晰摄像镜头工作，每两个平行 的或者是垂直的视频摄像头组成配对图像传感器，这些配对图像传感器获取 的图像称之为直接耦合组配对图像，这些直接耦合组图像为第一直接耦合组
图像(11，12)，第二直接耦合组图像(13，14)，第三直接耦合组图像(11，13)， 第四直接耦合组图像(12, 14)图像对，这些直接耦合组图像为提取图像物体 三维结构提供了优化的图像源。平行与垂直的视频摄像头组成的高清晰图像 传感器形成交叉组合配对图像，这些交叉组合配对的图像传感器获取的图像 称之为交互耦合组配对图像，交互耦合组图像为第一交互耦合组图像 (11,14)，第二交互耦合组图像(12，I3)图像对，这些交互耦合组图像为提取 图像物体三维结构提供了又一个独立的验证图像源，从而提高了获取图像中 的物体三维结构的准确性。
按照正方形对称排列的视频摄像头阵列的4路视频输出信号是以并行 方式输出，为后端的嵌入式视频服务器中的实时图像处理软件提供了数据 源。在获得4路并行视频图像输出的基础上，在后端配备的嵌入式视频服务
器软件协助下获取每两个平行的或者是每两个垂直的高清晰图像传感器获 取的图像称之为配对图像，这些配对图像称之为直接耦合组配对图像，这些 直接耦合组图像对为提取图像物体三维结构提供了优化的图像源，同时图 像传感器获取交互耦合组配对图像，这些交互耦合组图像为提取图像物体三 维结构提供了又一个独立的验证图像源。
所述的第一摄像头II，第二摄像头12，第三摄像头13和第四摄像头14 与四端口的嵌入式视频服务器连接，每个摄像头可以独立地作为一个高清晰 摄像镜头工作。每两个平行的或者是垂直的高清晰图像传感器获取的图像组 成配对图像，这些配对图像称之为直接耦合组配对图像，这些直接耦合组图
像为第一直接耦合组图像(n，12)，第二直接耦合组图像(13，14)，第三直接 耦合组图像(11,13)，第四直接耦合组图像(I2，I4)图像对，交互耦合组图像 为第一交互耦合组图像(Il， 14)，第二交互耦合组图像(12, 13)图像对。
提供直接耦合和交互耦合的视频源硬件平台，通过嵌入式软件能够分 层次地、渐进地和自适应地抽取构成立体视觉系统数据，得到更加准确的3D (三维)视频流信息。
权利要求
1、仿生复眼式正方形阵列图像传感器系统，其特征是视频摄像头阵由第一摄像头(I1)，第二摄像头(I2)，第三摄像头(I3)和第四摄像头(I4)四个视频摄像头组成，并按照正方形对称式排列形成视频摄像头阵列，四个摄像头分别安装在摄像头阵列A面四个角的位置，在摄像头阵列B面，摄像头电路的第一接插件(B1)，第二接插件(B2)，第三接插件(B3)和第四接插件(B4)，分别与第一摄像头(I1)，第二摄像头(I2)，第三摄像头(I3)和第四摄像头(I4)相对应；第一摄像头(I1)，第二摄像头(I2)，第三摄像头(I3)和第四摄像头(I4)四个摄像头分别经视频连头连接4路视频编码器。
2、 根据权利要求1所述的仿生复眼式正方形阵列图像传感器系统，其 特征是所述的每个摄像头的中心线到图像传感器的正面的中心位置为可调， 常用的设置参数设计为25mm，摄像头的位置中心之间相距尺寸设计为2X 25二50ran。
3、 根据权利要求1所述的仿生复眼式正方形阵列图像传感器系统/装置， 其特征是所述的每个摄像头与视频接头间通过视频连接线AA、音频连接线 BB连接。
4、根据权利要求l所述的仿生复眼式正方形阵列图像传感器系统，其 特征是所述的第一摄像头(II)至第四摄像头(14)的四个摄像头组成，每 两个平行的或者是垂直的摄像头获取的图像组成配对图像，这些配对图像称 之为直接耦合组配对图像，或者称之为交互耦合组配对图像，直接耦合组图 像为第一直接耦合组图像摄像头(11，12)，第二直接耦合组图像摄像头 (13,14)，第三直接耦合组图像摄像头(11,13)，第四直接耦合组图像摄像 头(12，14)图像对，交互耦合组图像为第一交互耦合组图像摄像头(I1，工4) 和第二交互耦合组图像摄像头(12， 13)图像对。
全文摘要
本发明是仿生复眼式正方形阵列图像传感器系统，其特征是视频摄像头阵由第一摄像头，第二摄像头，第三摄像头和第四摄像头四个视频摄像头组成，并按照正方形对称式排列形成视频摄像头阵列，四个摄像头分别安装在摄像头阵列A面四个角的位置，在摄像头阵列B面，摄像头电路的四个接插件分别与四个视频摄像头相对应；四个摄像头分别经视频连头连接4路视频编码器。优点以一组4个摄像头组成仿生复眼型图像传感器系统，它能够产生两组配对图像即，直接耦合组配对图像和交互耦合组配对图像，共计六对配对图像，从而有效地获取图像中的物体三维结构，运用配对图像算法从而实现动态自动校正地获取图像中物体的三维立体信息的功能。
文档编号H04N13/00GK101350932SQ20081019638
公开日2009年1月21日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者徐立中, 华 李 申请人:李 华;徐立中