立體攝像系統的製作方法

2023-08-03 07:18:46

專利名稱：立體攝像系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有至少二個圖像探測傳感器的立體攝像系統，每個圖像探測傳 感器接收至少一個具有該立體攝像系統的探測範圍的視覺表象的圖像，並生成與該圖像相 對應的圖像數據。
背景技術：
已知的立體攝像系統具有二個單幀相機，二個單幀相機獨立設置，並保持精確的 相對位置關係。該單幀相機相互間的調整也稱為校準。由該單幀相機生成的圖像數據被傳 輸至一共用的計算單元，通過該計算單元處理傳輸來的圖像數據。由於這種立體攝像系統的單幀相機受各種環境的影響，因此需要經常性的對該單 幀相機相對位置進行檢查，如果有必要，還需要重新對該立體攝像系統進行校準。根據公開號為EP 0 9180979 Al公開的數字攝影測量用立體相機可知，該相機具 有一輸入光學系統和多個排列於該輸入光學系統的焦平面上的光學探測器。通過選擇適當 的探測器，可以改變該立體相機的立體成像角度。根據公開號為DE 197 27 999 Al公開的立體相機可知，其二個全電子相機通過目 標連接點的並聯實現電連接。根據公開號為EP 0 174 091 Al公開的具有二個鏡頭的立體相機可知，二個鏡頭 可同時聚焦。根據公開號為DE 199 05 452 C2公開的數字立體相機可知，其具有二個相互間偏 移基線長度設置的鏡頭，以生成針對一物體的視覺表象的圖像對。公開號為DE 100 33 355 Al公開了一種具有二個單幀相機和一個共用的計算單 元的立體相機。公開號為WO 2006/069978 A的專利文獻公開了一種確定立體相機的校準參數的 方法。該校準參數特別是用於對一立體攝像系統的二個單幀相機進行校準的參數。

發明內容
本發明的目的是提供一種可以降低校準成本的立體攝像系統。具有權利要求1的 技術特徵的立體攝像系統可以實現該目的。另外，從屬權利要求中說明了本發明的優選實 施方式。具有權利要求1的技術特徵的立體攝像系統可獲得的技術效果為，圖像探測傳感 器間的相對位置，特別是圖像探測傳感器的圖像感應區的中心點間的距離由板預先確定， 以及，通過將圖像探測傳感器連接於該板上固定了其位置。這樣，圖像探測傳感器的圖像感 應區的相對位置由板確定，而且是不變的。在採用相似或者相同圖像探測傳感器的情況下，特別是可使該圖像探測傳感器的 圖像感應區位於一個平面上。以該種方式設置的立體攝像系統不再需要校準，或者在校準 過程中，僅需要補償製造公差。立體攝像系統的該種校準，例如是可在選擇待進一步處理的圖像時以確定圖像探測傳感器各自的圖像感應區的相關部分的方式進行。兩圖像探測傳感器優選為分別通過至少一個釺焊接頭連接於該板上，或者每個圖 像探測傳感器插入一個固定連接於該板上的插座中。通過固定兩圖像探測傳感器在板上的 位置，使兩圖像探測傳感器的圖像感應區間的相對位置在空間中固定，特別是在相機調整 系統中固定。兩圖像探測傳感器間的相對位置是不變的。在將該圖像探測傳感器設置於同 一板上的情況下，在該立體攝像系統的整個壽命期間內可以不對單幀相機進行校準。優選 地，該板是已知的電路板，該電路板具有連接電連接端和/或該圖像探測傳感器的信號端， 以及優選為連接其它元件的導電連線。利用圖像探測傳感器，由其可以獲得彩色圖像或者 黑白圖像。通過將圖像探測傳感器設置於板上，可輕易使圖像探測傳感器相對該板的一邊 緣具有所期望的角度，以及使該圖像探測傳感器到該邊緣具有所期望的距離。由此，相對已 知的立體攝像系統，可較大程度地降低該立體攝像系統的校準成本。特別有利的是，將與每個圖像探測傳感器結合的光學系統連接於該板上和/或連 接於各自的圖像探測傳感器上，這樣，在將該光學系統連接於板上和/或者圖像探測傳感 器上時，易於固定各光學系統相對各自的圖像探測傳感器的圖像感應區的位置。在此，有利 的是，將二個光學系統設置於該板上，使該立體攝像系統的探測範圍內的每一個視覺表象 在每個圖像探測傳感器的一個圖像感應區上成像和/或者聚焦。特別地，光學系統的光軸 穿過與各自對應的圖像探測傳感器的圖像感應區的中心點。由此，可以保證完成適合於進 一步處理的圖像探測。該板優選是平板和抗彎曲的。在採用常規的板和常規的圖像探測傳感器時，由制 造公差在該圖像探測傳感器的圖像感應區的X向和Y向上引起的位移可限制為大於等於5 像素。在此，該圖像感應區的像素感光元件(設置為矩陣形式)在二維的X-Y坐標系下排 列。說明書中說明的立體攝像系統特別適用於測量其與物體間的距離大於等於IOOm 的物體，優選為大於等於30m的物體。由此，該立體探測系統特別適用於計算物體或者人， 物體探測，以及近距離物體分類。該立體攝像系統可通過已知的方法確定其與物體間的距
1 O光學半導體傳感器，CXD圖像探測傳感器和/或者CMOS圖像探測傳感器特別適於 作為圖像探測傳感器。特別有利的是，採用所謂的有源像素傳感器(APS)作為圖像探測傳 感器。該板特別是可由由酚醛樹脂和紙，環氧樹脂和紙，或者環氧樹脂和玻璃纖維織物制 成，每種材質的板均具有導電連線。該導電連接可在一層(在一個平面內)上布線或者在 多層(在若干個平面內)上布線，特別是形成所謂的多層電路板。該圖像探測傳感器的圖像感應區的中心點間的距離優選是80mm至300mm範圍內 的一數值，特別優選是80mm至IOOmm範圍內的一數值。特別有利的是，除了將該圖像探測 傳感器設置於板上，將至少一個計算單元的元件也設置於板上，使該圖像探測傳感器，以及 該計算單元設置於同一板上。由此，節省了設置元件的空間，進而可使該立體攝像系統具有 小的物理尺寸。另外，由於可經板的導電連接將該圖像探測傳感器生成的圖像數據傳輸至 計算單元，因此，可降低布線成本。特別有利的是，在第一圖像探測傳感器的圖像感應區的第一邊緣線和第二圖像探 測傳感器的圖像感應區的第一邊緣線位於第一直線上。可供選擇地或者附加地，在該第一圖像探測傳感器的圖像探測區的第二邊緣線和第二圖像探測傳感器的圖像探測區的第二 邊緣線位於第二直線上時是有利的。這樣，由於可輕易地對圖像探測傳感器獲取的圖像進 行疊加，從而輕易地確定包含於由圖像探測傳感器同步感光的兩圖像中的針對同一物體的 兩視覺表象間的距離，進而使對由圖像探測傳感器獲取的圖像作進一步處理變得特別容 易。該距離是立體攝像系統和被攝取物體間的距離尺寸。有利的是，該計算單元執行至少一種用於處理該圖像探測傳感器生成的圖像數據 的圖像處理程序。由此，該計算單元可對該圖像數據進行容易和靈活的處理。特別地，在使 用該立體攝像系統時，該計算單元通過採用適當的圖像處理程序可適應所需滿足的要求。 特別有利的是，在該板上設置多個紅外照明裝置。特別地，在該板上設置多個紅外發光二極 管，並通過釺焊接頭與板連接在一起。由此，通過這些紅外發光二極體，可實現該立體攝像 系統的探測範圍內的照明，使該立體攝像系統即使在黑暗環境下也可獲取圖像。該立體攝像系統可生成和/或處理彩色圖像和/或黑白圖像。以下，針對實施方式結合附圖更為詳盡地說明本發明，以下的說明中進一步說明 了本發明的技術特徵和有益效果。


圖1為一板的俯視圖，該板上連接有二個圖像探測傳感器和其它元件；圖2為根據圖1所示板的側視圖；圖3為根據圖1和2所示板的頂部視角圖，該圖中示出了二個可連耦合至該板上 的光學系統；圖4為具有根據圖1至3所示板的立體攝像系統的結構示意圖。
具體實施例方式圖1示出了一板3的俯視圖，所示的板3上連接有二個光學圖像探測傳感器1，2， 以及，所示的板3上還連接有其它元件5二8。該板3包括一絕緣材質的具有導電連接件的 襯底，連接在該板3上的元件1，2，5，觀的電連接端和與各自相對應的導電連接件電連接。 該導電連接件優選設計為印製電路形式的導電連線。該板3例如是由酚醛樹脂和紙，環氧 樹脂和紙，或者環氧樹脂和玻璃纖維織物製成，該導電連線由銅製成。該種板3也可稱為電 路板。元件1，2，5二8的信號端和為其供電的供電端均連接至該板3的導電連接件上。除 了由板3提供的導電連接件外，也可提供電連線使板3上的元件1，2，5，28相互電連接和/ 或使板3與另外的單元電連接。在板3上設置有二個圖像探測傳感器1，2，優選為二個相同的光學半導體傳感器 1，2，二者間間隔由印製電路預先確定的距離4設置，通過適當的連接，將二者電連接至板3 的導電連線上。該圖像探測傳感器1的圖像感應區10的中心點與圖像探測傳感器2的圖 像感應區11的中心點間的距離4優選為80mm至300mm。該圖像探測傳感器1，2通過至少 一個釺焊接頭連接於該板3上。可供選擇地，該圖像探測傳感器1，2也可以插入各自的插 座中，每個插座均通過至少一個釺焊接頭連接於該板3上。該圖像探測傳感器1，2設置和 連接於該板3上的要求為，在不考慮製造公差的情況下使該圖像探測傳感器1的圖像感應 區10和圖像探測傳感器2的圖像感應區11位於同一平面上。由像素感光元件(以矩陣形式排列設置)形成的如圖1所示的該圖像感應區10，11的橫向邊緣線彼此平行。由像素感 光元件形成的如圖1所示的該圖像感應區10，11的上邊緣線位於第一直線上。同樣，由圖 像感光元件形成的該圖像感應區10，11的下邊緣線位於第二直線上。在本實施例中，該圖 像感應區10，11的上邊緣線進一步與該板3的上邊緣30平行，該圖像感應區10，11的上邊 緣線與板3的上邊緣30間具有相同的距離。在其它實施例中，特別是在板3具有其它形狀 的實施例中，該圖像感應區10，11的邊緣線不是必須與板3的一邊緣平行。該圖像感應區 10和圖像感應區11位於各自的圖像探測傳感器1，2的朝向遠離板3的一面上。設置於該板3上的其它元件包括一計算單元5，由該圖像探測傳感器1，2生成的 圖像數據經板3提供的導電連接件輸送至該計算單元中。該計算單元利用由圖像處理程序 提供的圖像處理算法處理該圖像數據。出於該目的，該計算單元中存儲有至少一種圖像處 理程序。針對圖像處理，可以應用例如數字圖像處理器(DSP)，ASIC，FPAG和/或矢量處理 器。附加地或者可供選擇地，針對圖像處理，還可以應用所謂的邏輯陣列，如PLD。該圖像探測傳感器1，2與未示出的攝像光學系統和該計算單元一起形成一立體 攝像系統。根據所採用的圖像探測傳感器1，2和計算單元採用的圖像處理算法，該立體攝 像系統可以處理和/或提供彩色圖像和/或黑白圖像。該圖像探測傳感器1，2以二者間具有由該板3的印製電路預先確定的距離的位置 關係固定設置在該板3上，這樣，相對於現有的立體攝像系統，本發明的立體攝像系統可以 明顯降低校準成本。現有的立體攝像系統具有二個獨立的單幀相機，二個單幀相機經與各 自相對應的信號線連接至一計算單元上。該立體攝像系統的二個單幀相機或者它們的圖像 探測傳感器1，2必須相對彼此進行精確校準，以在對立體攝像系統獲取的圖像進行計算的 過程中獲得準確的結果。對於已知的立體攝像系統，可以在操作中根據多方面的影響，如振 動和溫度波動，調整其單幀相機的位置。由此，必須在規則的基底上對該種現有立體攝像系 統的單幀相機進行校準，以及，在移位的情況下，必須重新對其進行校準。然而對於本發明的立體攝像系統，僅需要在裝配時進行一次校準。由於該圖像探 測傳感器1，2固定於該板3上，該圖像探測傳感器1，2間的相對位置在立體攝像系統的整 個壽命期間是不變的，因此，該立體攝像系統在其整個壽命期間無需重新進行校準。另外， 通過將二個圖像探測傳感器1，2僅固定於一個板3上，可以獲得緊湊的結構，由此，可以減 少裝配工作和降低所產生的成本。另外，可以於該板3上設置多個紅外照明裝置的元件觀。特別地，該紅外照明裝置 28中的至少一個是紅外發光二極體。通過採用紅外照明，該立體攝像系統也可在夜間進行 圖像探測，因為，通過該紅外照明裝置，至少可照亮屬於該立體攝像系統的探測範圍的部分 區域。圖2示出了根據圖1所示的板3的側視圖。具有相同結構或者相同功能的元件採 用相同的參考標記進行標識。圖3示出了根據圖1和2所示的板3的頂部視角圖，圖3所示的二個光學系統8， 9可以耦接至該板3上，也可以從該板3上拆卸下來。二個光學系統8，9可以這樣的方式耦 接該板3上，S卩，使得光學系統8，9各自的光軸分別穿過圖像探測傳感器1的圖像感應區10 的中心點和圖像探測傳感器2的圖像感應區11的中心點。該光學系統8，9，例如是粘接於 該板3上，通過螺絲安裝於該板3上，通過適當的咬合元件連接於該板3上，或者通過適當的夾具連接於該板3上。可供選擇地，該光學系統8，9也可與一未示出的外罩結合在一起， 進而，該光學系統8，9相對於圖像感應區10，11的位置由該外罩相對於板3的位置確定。該 外罩例如可使該立體攝像系統防水、防凍、防雨和/或防止人為破壞。該光學系統8，9均具有一個或者多個鏡頭和/或其它光學元件，特別是用於將視 覺表象聚焦在該圖像探測傳感器1，2上的光學元件。通過選擇該光學系統8，9，該立體攝像 系統可具有所期望的焦距、光強和/或光學孔徑。圖4示出了根據圖1至3所示立體攝像系統的結構。該立體攝像系統包括二個相 互間具有設定距離4的圖像探測傳感器1，2，以及光學系統8，9。在該立體攝像系統前方的 距離7處具有一待探測物體6。利用該圖像探測傳感器1，2獲取具有待探測物體6的視覺 表象的圖像。隨後，由計算單元運行的圖形處理程序所提供的圖像處理算法對該圖像探測 傳感器1，2生成的與所獲取的圖像對應的圖像數據進行處理。例如，通過該計算單元的圖 像處理程序提供的圖像處理算法，可以對該物體6進行探測、追蹤和/或測量。同樣也可以 確定該物體6與立體攝像系統之間的距離。例如，CXD圖像探測傳感器或者CMOS圖像探測傳感器都可作為圖像探測傳感器。
權利要求
1.一種立體攝像系統，具有至少二個圖像探測傳感器(1，2)，和一板(3)；每個圖像探測傳感器(1, 均固定連接於該板C3)上；以及，由該板C3)定義連接於板 (3)上的圖像探測傳感器(1,2)間的距離(4)。
2.根據權利要求1的立體攝像系統，其特徵在於，該圖像探測傳感器(1，2)間具有固定 的相對位置。
3.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該圖像探測傳感器(1，2)是 光學半導體傳感器，C⑶圖像探測傳感器和/或CMOS圖像探測傳感器。
4.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該板(3)為一電路板。
5.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，每個圖像探測傳感器(1，2) 分別具有一個圖像感應區(10，11)，該圖像探測傳感器(1，2)的圖像感應區的中心點間的 距離(4)為80mm至300mm範圍內的一數值。
6.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，在該板(3)上連接有至少一 個計算單元(5)。
7.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該圖像探測傳感器(1，2)和/ 或該計算單元( 通過釺焊接頭、插接方式和/或壓接方式連接於該板C3)上。
8.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該圖像探測傳感器(1，2)設 置於板上，使該圖像探測傳感器(1，2)的圖像感應區(10，11)位於同一個平面上。
9.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該第一圖像探測傳感器(1) 的圖像感應區(10)的第一邊緣線和該第二圖像探測傳感器(2)的圖像感應區(11)的第一 邊緣線位於一第一直線上，和/或者該第一圖像探測傳感器(1)的圖像感應區(10)的第二 邊緣線和該第二圖像探測傳感器(2)的圖像感應區(11)的第二邊緣線位於一第二直線上。
10.根據權利要求9的立體攝像系統，其特徵在於，由該圖像感應區(10，11)的像素感 光元件形成每條邊緣線。
11.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該計算單元執行至少一種用 於處理該圖像探測傳感器(1, 生成的圖像數據的圖像處理程序。
12.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該板(3)上連接有至少一個 紅外照明裝置08)。
13.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該立體攝像系統生成和/或 處理彩色圖像和/或黑白圖像。
14.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，至少二個光學系統(8，9)連 接於該板(3)上，和/或者相對板(3)設置，使得該立體攝像系統的探測範圍內的每一個視 覺表象在每個圖像探測傳感器(1, 的一個圖像感應區(10，11)上成像和/或聚焦。
15.根據權利要求14的立體攝像系統，其特徵在於，該光學系統(8，9)的光軸分別穿過 與各自對應的圖像探測傳感器(1，2)的圖像感應區(10，11)的中心點。
16.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該圖像探測傳感器(1，2)是 相同的，和/或該光學系統(8，9)是相同的。
17.根據上述權利要求之一的立體攝像系統，其特徵在於，該立體攝像系統具有一包圍 該板⑶和連接於該板⑶上的各元件(1，2，5，28)的外罩。
全文摘要
本發明涉及一種立體攝像系統，其具有至少二個固定連接於一板(3)上的圖像探測傳感器(1，2)。由該板(3)定義連接於板(3)上的圖像探測傳感器(1，2)間的距離。
文檔編號H04N13/00GK102113333SQ200980129615
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月28日 優先權日2008年7月28日
發明者斯特凡·波爾, 馬蒂亞斯·霍夫邁爾 申請人:海拉胡克雙合有限公司