[发明专利]多级透镜的三维成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及三维(3D)成像领域。更具体地，本发明涉及用于多级透镜的三维成像系统。

背景技术

三维技术的发展已经超过一个世纪了，但是通常因为对操作者的要求以及成本而在应用中受到限制。通常我们说一个客观的世界是三维的，客观世界的三维图像通过某种技术把它记录下来然后处理、压缩再传输出去，显示出来，最终在人的大脑中再现客观世界的图像。现在，3D系统正逐步的用于娱乐、商业和科学应用。随之而来的是，许多硬件和软件公司也加入了3D系统。

近几年来，NTT DoCoMo公布的Sharp Mova SH251iS手机，首次运用了能够显示3D图像的彩色屏幕。单个数码相机通过拍摄两张二维(2D)的不同角度的图像，然后经过处理从而得到3D图像。当3D图像被发送出去的时候，需要有类似功能的设备才能看到3D图像。并且由于单个数码相机拍摄的是2D图像，所以必须经过认为的处理转换成3D图像。为了得到比较好的3D图像，在拍摄的时候，拍摄的物体的位置的要求是比较苛刻的。所以这个图像的质量不能保证。

富士Real 3D W1用到了全新研发的“FinePix REAL 3D镜头系统”和自然影像处理引擎3D，其实利用了双目视觉，即利用两个镜头来模拟人的两只眼睛，经过处理从而形成有层次感的3D影像。首先融合了采集到两个CCD传感器上的同步2D信息，然后实时地将其处理成高质量的影像。但是需要两个镜头来模拟，从而使设备的尺寸太大，不便携带，从而推广受限。

SwissRanger SR-2相机首次采用了TOF原理技术。将一束光作为参考发射到待测场景中，通过计算光束回光的时间差或者相位差，计算出场景中物体的距离，从而得到深度信息。此外，再结合相机拍摄获得二维影像信息，从而能同时获取整个场景。由于要用到参考光束，从而使得设备在获取整个场景的时候收到限制，最终导致深度分辨率低、视角小。

目前的三维获取设备的研究成果仍然存在设备的尺寸太大；深度分辨率低、是视角小；可重计算性弱；不能便捷地获取非刚体的完整物体等缺陷。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提供减少系统尺寸、提高深度分辨率、视场角大、可重计算性强、能便捷地获取刚体和非刚体的完整物体的多级透镜的三维成像系统。

为达成上述目的，本发明提供多级透镜的三维成像系统，其技术方案包括：多级透镜和传感器，所述多级透镜为第一级透镜、第二级透镜、…第N-2级透镜、第N-1级透镜、第N级透镜，其中：在光线传播的方向依序放置多级透镜和传感器，光线通过第一级透镜成像至第N-1级透镜用于生成多级场景缩小成像信息，多级场景缩小成像信息继续传播至第N级透镜，第N级透镜得到物体光线的多视角的场景二维信息，传感器提取多视角的场景二维信息，再通过立体匹配，从而获得场景中物体的深度信息。

其中，所述多级透镜中的每一级透镜的个数是一个透镜，或是对称布局的多个透镜；每个透镜是单面凸透镜、或是双面凸透镜，并且透镜的形状是圆形，或是正多边形；多个透镜排布在平面上、或排布在曲面上，且曲面是各种曲率半径的曲面；所述曲面是凹面向入射光，或是凸面向入射光。

其中，所述对称布局的多个透镜是网格形布局透镜、环形布局透镜和任意正多边形布局透镜。

其中，所述环形布局透镜为至少一个圆环形布局透镜或一个以上的圆环布局透镜。

其中，所述第一级透镜所成实像上任意一点发出的光线都能到达下一级透镜中每一个透镜。

其中，所述传感器的像素尺寸小于视差的差别为深度分辨率；当选择多级透镜为两级透镜时，视差(disparity)的差别表示如下：