專(zhuān)利名稱(chēng)：仿生復(fù)眼式正方形陣列圖像傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種仿昆蟲(chóng)生物復(fù)眼式正方形陣列圖像傳感器系統(tǒng)，是一 種基于生物學(xué)中昆蟲(chóng)復(fù)眼機(jī)理而設(shè)計(jì)的立體機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué) 測(cè)量和視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在工業(yè)視頻監(jiān)視監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量應(yīng)用中，高分辨率圖像往往 可以提供所需要的重要細(xì)節(jié)信息，為了獲取圖像的三維信息，由雙攝像頭組
成的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)(stereo vision),這種方法采用了 2個(gè)獨(dú)立的和經(jīng)過(guò)校 正的攝像頭組成，是立體機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)重建所普遍采用的； 另外，多攝像頭組成的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，通常采用3個(gè)以上的攝像頭，但是每 個(gè)攝像頭與另外一個(gè)攝像頭并不能組成一一對(duì)應(yīng)的視軸對(duì)稱(chēng)的圖像對(duì)，因 此，普通的多攝像頭方法則往往是簡(jiǎn)單地重復(fù)使用單一攝像頭的組合，沒(méi)有 建立以仿生機(jī)制為基礎(chǔ)的正方形陣列排列型昆蟲(chóng)復(fù)眼式結(jié)構(gòu)，缺乏系統(tǒng)對(duì)稱(chēng) 性，不具備仿生復(fù)眼功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前立體視覺(jué)系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性，基于生物學(xué)中的昆蟲(chóng)生 物復(fù)眼機(jī)理而設(shè)計(jì)的一種按正方形對(duì)稱(chēng)排列的仿生復(fù)眼型式正方形陣列圖 像傳感器系統(tǒng)，旨在克服現(xiàn)有雙攝像頭或3個(gè)以上的攝像頭所組成的機(jī)器視 覺(jué)系統(tǒng)存在的不足，提取優(yōu)化的圖像中物體的三維立體結(jié)構(gòu)信息。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案其特征是視頻攝像頭陣由第一攝像頭，第二攝像頭，第三攝像頭和第四攝像頭四個(gè)視頻攝像頭組成，并按照正方形對(duì)稱(chēng) 式排列形成視頻攝像頭陣列，四個(gè)攝像頭分別安裝在攝像頭陣列A面四個(gè)角 的位置，在攝像頭陣列B面，攝像頭電路的第一接插件，第二接插件，第三接 插件和第四接插件，分別與第一攝像頭，第二攝像頭，第三攝像頭和第四攝
像頭四個(gè)視頻攝像頭相對(duì)應(yīng)；四個(gè)攝像頭分別經(jīng)視頻連頭連接4路視頻編碼 器。
所述的4路視頻編碼器，其每一路視頻編碼器都采用Phlips公司的 SAA7114芯片，它們安裝在后端的嵌入式視頻服務(wù)器中，主要完成對(duì)攝像頭 采集的模擬視頻信號(hào)到數(shù)字化和視頻制式轉(zhuǎn)換，其輸出數(shù)據(jù)信號(hào)直接接入嵌 入式視頻服務(wù)器中的視頻幀存儲(chǔ)器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)按照仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)，以一組4個(gè)攝像頭組成仿生復(fù) 眼型圖像傳感器系統(tǒng)，它能夠產(chǎn)生兩組配對(duì)圖像即，直接耦合組配對(duì)圖像 和交互耦合組配對(duì)圖像，共計(jì)六對(duì)配對(duì)圖像，從而有效地獲取圖像中的物體 三維結(jié)構(gòu)，運(yùn)用配對(duì)圖像算法從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自動(dòng)校正地獲取圖像中物體的三 維立體信息的功能。


附圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)造示意附圖2是本發(fā)明的攝像頭陣列正面安置示意附圖3是本發(fā)明的電路接插件排列示意附圖4是本發(fā)明的攝像頭與視頻接頭連接關(guān)系示意附圖5是本發(fā)明的直接耦合和交互耦合組配對(duì)圖像；其中附圖5-1是直接耦 合組配對(duì)圖像圖，附圖5-2是交互耦合組配對(duì)圖像圖； 附圖6是本發(fā)明的嵌入式視頻服務(wù)器D的原理方框圖； 附圖7是本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)照附圖l， A視面是圖像傳感器的正(前)面，即為A面，B視面是
圖像傳感器的后面，即為B面，圖像傳感器的殼體為C， D為嵌入式視頻服 務(wù)器。第一攝像頭Il,第二攝像頭I2，第三攝像頭I3和第四攝像頭I4四 個(gè)攝像頭分別安裝在攝像頭陣列A面四個(gè)角的位置，在B面，攝像頭的電路 接插件B1，B2，B3和B4，分別對(duì)應(yīng)于第一攝像頭I1，第二攝像頭12，第三攝 像頭13和第四攝像頭14。
對(duì)照?qǐng)D2，其結(jié)構(gòu)是攝像頭采用CCD (Charge Coupled Device,電荷耦 合器件)攝像頭，由正視面(A面)可見(jiàn)，第一攝像頭II至第四攝像頭14 是按正方形陣列排列，四個(gè)攝像頭組成高清晰圖像傳感器，每個(gè)攝像頭的中 心線(xiàn)到圖像傳感器的正面的中心位置為可調(diào)，常用的設(shè)置參數(shù)設(shè)計(jì)為25mm， 也即每個(gè)攝像頭的中心相互之間的位置為可調(diào)，攝像頭的位置中心之間相距 尺寸設(shè)計(jì)為2X25二50mm。
對(duì)照?qǐng)D3，是仿生復(fù)眼式圖像傳感器系統(tǒng)的電路接插件排列示意圖， 即后視(B視面)示意圖。第一攝像頭II的電路接插件為B1，第二攝像頭 12的電路接插件為B2，第三攝像頭I3的電路接插件為B3，第四攝像頭I4 的電路接插件為B4。
對(duì)照?qǐng)D4，其結(jié)構(gòu)是第一攝像頭II至第四攝像頭14的排列由圖2給 出，每個(gè)攝像頭與視頻接頭的連接是一一對(duì)應(yīng)的，圖中AA為視頻連接線(xiàn)， 圖中BB為音頻連接線(xiàn)。
對(duì)照?qǐng)D5，圖像傳感器系統(tǒng)由第一攝像頭II至第四攝像頭14的四個(gè) 攝像頭組成，而每個(gè)攝像頭可以獨(dú)立的作為一個(gè)高清晰圖像傳感器工作。每 兩個(gè)平行的或者是垂直的攝像頭獲取的圖像組成配對(duì)圖像。這些配對(duì)圖像稱(chēng) 之為直接耦合組配對(duì)圖像，或者稱(chēng)之為交互耦合組配對(duì)圖像。直接耦合組圖 像為第一直接耦合組圖像攝像頭(11,12)，第二直接耦合組圖像攝像頭 (13,14)，第三直接耦合組圖像攝像頭(I1，I3)，第四直接耦合組圖像攝像 頭(12，14)圖像對(duì)，交互耦合組圖像為第一交互耦合組圖像攝像頭(11，14) 和第二交互耦合組圖像攝像頭(12，工3)圖像對(duì)。
對(duì)照?qǐng)D6，其結(jié)構(gòu)主要包括視頻編碼器SAA7114、幀存儲(chǔ)器、視頻數(shù)字 信號(hào)處理器DSP、可編程邏輯器件FPGA、標(biāo)準(zhǔn)的JTAG測(cè)試協(xié)議接口、直接 存取存儲(chǔ)器、Flash存儲(chǔ)器、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM、 ARM嵌入式系統(tǒng)、 RS485通信接口、 RS232通信接口、 802. 11協(xié)議處理器及通信接口 、通用串 行總線(xiàn)USB接口、電源管理模塊等構(gòu)成?；谇度胧较到y(tǒng)的視頻服務(wù)器D設(shè) 計(jì)為集成采集四個(gè)攝像頭信號(hào)組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，任意兩個(gè)攝像頭自由組合， 自適應(yīng)標(biāo)定，影射到世界坐標(biāo)系，完成快速立體視覺(jué)實(shí)時(shí)計(jì)算功能。嵌入式 視頻服務(wù)器D設(shè)計(jì)采用TI公司生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)圖像視頻數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) DM643、 Intel公司生產(chǎn)的高端ARM嵌入式系統(tǒng)PXA27X和可編程邏輯器件FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)相結(jié)合的設(shè)計(jì)平臺(tái)。通信接口采用IEEE802. p/n標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)，兼容5. 9GHz和2. 4G自適應(yīng)的寬帶無(wú)線(xiàn)通信接口。
第一攝像頭II，第二攝像頭12，第三攝像頭13和第四攝像頭14四個(gè) 攝像頭分別經(jīng)視頻連頭連接4路視頻編碼器(采用Phlips公司的SAA7114) 的VIDE01 VIDE04端口。 FPGA旨在建立高速圖像采集單元與中央處理器的 快速通道，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻編碼器的初始化、可編程地產(chǎn)生DSP系統(tǒng)和ARM 系統(tǒng)所需的時(shí)序和邏輯關(guān)系、基本的I/0信號(hào)、控制R/W信號(hào)等。DSP系統(tǒng) 主要完成復(fù)雜的高性能立體視覺(jué)實(shí)時(shí)計(jì)算、目標(biāo)的跟蹤、識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)等。 高端ARM嵌入式系統(tǒng)是整個(gè)視頻服務(wù)器D的協(xié)調(diào)管理者，主要負(fù)責(zé)通信、協(xié)
議解析和數(shù)據(jù)的交換等。
對(duì)照?qǐng)D7，由操作人員開(kāi)啟圖像傳感器系統(tǒng)的攝像頭，獲取4路實(shí)時(shí)視
頻圖像；如果無(wú)視頻圖像輸出，則重新開(kāi)啟系統(tǒng)。如果有視頻信號(hào)輸出，即
獲取實(shí)時(shí)攝像頭陣列第一攝像頭Il，第二攝像頭I2,第三攝像頭I3和第四 攝像頭14輸出成功，則進(jìn)入下一步；在獲得4路并行視頻圖像輸出的基礎(chǔ)
上，在配備的嵌入式視頻服務(wù)器軟件協(xié)助下獲取每?jī)蓚€(gè)平行的或者是垂直的 高清晰圖像傳感器獲取的圖像組成配對(duì)圖像。
這些配對(duì)圖像分別稱(chēng)之為直接耦合組配對(duì)圖像和交互耦合組配對(duì)圖像。 直接耦合組配對(duì)圖像為提取圖像物體三維立體結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)化的圖像源。同 時(shí)獲取的交互耦合組配對(duì)圖像，為提取圖像物體三維立體結(jié)構(gòu)提供了另外一 個(gè)獨(dú)立的驗(yàn)證圖像源。
每個(gè)視頻攝像頭可以獨(dú)立的作為一個(gè)高清晰攝像鏡頭工作，每?jī)蓚€(gè)平行 的或者是垂直的視頻攝像頭組成配對(duì)圖像傳感器，這些配對(duì)圖像傳感器獲取 的圖像稱(chēng)之為直接耦合組配對(duì)圖像，這些直接耦合組圖像為第一直接耦合組
圖像(11，12)，第二直接耦合組圖像(13，14)，第三直接耦合組圖像(11，13)， 第四直接耦合組圖像(12, 14)圖像對(duì)，這些直接耦合組圖像為提取圖像物體 三維結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)化的圖像源。平行與垂直的視頻攝像頭組成的高清晰圖像 傳感器形成交叉組合配對(duì)圖像，這些交叉組合配對(duì)的圖像傳感器獲取的圖像 稱(chēng)之為交互耦合組配對(duì)圖像，交互耦合組圖像為第一交互耦合組圖像 (11,14)，第二交互耦合組圖像(12，I3)圖像對(duì)，這些交互耦合組圖像為提取 圖像物體三維結(jié)構(gòu)提供了又一個(gè)獨(dú)立的驗(yàn)證圖像源，從而提高了獲取圖像中 的物體三維結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。
按照正方形對(duì)稱(chēng)排列的視頻攝像頭陣列的4路視頻輸出信號(hào)是以并行 方式輸出，為后端的嵌入式視頻服務(wù)器中的實(shí)時(shí)圖像處理軟件提供了數(shù)據(jù) 源。在獲得4路并行視頻圖像輸出的基礎(chǔ)上，在后端配備的嵌入式視頻服務(wù)
器軟件協(xié)助下獲取每?jī)蓚€(gè)平行的或者是每?jī)蓚€(gè)垂直的高清晰圖像傳感器獲 取的圖像稱(chēng)之為配對(duì)圖像，這些配對(duì)圖像稱(chēng)之為直接耦合組配對(duì)圖像，這些 直接耦合組圖像對(duì)為提取圖像物體三維結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)化的圖像源，同時(shí)圖 像傳感器獲取交互耦合組配對(duì)圖像，這些交互耦合組圖像為提取圖像物體三 維結(jié)構(gòu)提供了又一個(gè)獨(dú)立的驗(yàn)證圖像源。
所述的第一攝像頭II，第二攝像頭12，第三攝像頭13和第四攝像頭14 與四端口的嵌入式視頻服務(wù)器連接，每個(gè)攝像頭可以獨(dú)立地作為一個(gè)高清晰 攝像鏡頭工作。每?jī)蓚€(gè)平行的或者是垂直的高清晰圖像傳感器獲取的圖像組 成配對(duì)圖像，這些配對(duì)圖像稱(chēng)之為直接耦合組配對(duì)圖像，這些直接耦合組圖
像為第一直接耦合組圖像(n，12)，第二直接耦合組圖像(13，14)，第三直接 耦合組圖像(11,13)，第四直接耦合組圖像(I2，I4)圖像對(duì)，交互耦合組圖像 為第一交互耦合組圖像(Il， 14)，第二交互耦合組圖像(12, 13)圖像對(duì)。
提供直接耦合和交互耦合的視頻源硬件平臺(tái)，通過(guò)嵌入式軟件能夠分 層次地、漸進(jìn)地和自適應(yīng)地抽取構(gòu)成立體視覺(jué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，得到更加準(zhǔn)確的3D (三維)視頻流信息。
權(quán)利要求
1、仿生復(fù)眼式正方形陣列圖像傳感器系統(tǒng)，其特征是視頻攝像頭陣由第一攝像頭(I1)，第二攝像頭(I2)，第三攝像頭(I3)和第四攝像頭(I4)四個(gè)視頻攝像頭組成，并按照正方形對(duì)稱(chēng)式排列形成視頻攝像頭陣列，四個(gè)攝像頭分別安裝在攝像頭陣列A面四個(gè)角的位置，在攝像頭陣列B面，攝像頭電路的第一接插件(B1)，第二接插件(B2)，第三接插件(B3)和第四接插件(B4)，分別與第一攝像頭(I1)，第二攝像頭(I2)，第三攝像頭(I3)和第四攝像頭(I4)相對(duì)應(yīng)；第一攝像頭(I1)，第二攝像頭(I2)，第三攝像頭(I3)和第四攝像頭(I4)四個(gè)攝像頭分別經(jīng)視頻連頭連接4路視頻編碼器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生復(fù)眼式正方形陣列圖像傳感器系統(tǒng)，其 特征是所述的每個(gè)攝像頭的中心線(xiàn)到圖像傳感器的正面的中心位置為可調(diào)， 常用的設(shè)置參數(shù)設(shè)計(jì)為25mm，攝像頭的位置中心之間相距尺寸設(shè)計(jì)為2X 25二50ran。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生復(fù)眼式正方形陣列圖像傳感器系統(tǒng)/裝置， 其特征是所述的每個(gè)攝像頭與視頻接頭間通過(guò)視頻連接線(xiàn)AA、音頻連接線(xiàn) BB連接。
4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的仿生復(fù)眼式正方形陣列圖像傳感器系統(tǒng)，其 特征是所述的第一攝像頭(II)至第四攝像頭(14)的四個(gè)攝像頭組成，每 兩個(gè)平行的或者是垂直的攝像頭獲取的圖像組成配對(duì)圖像，這些配對(duì)圖像稱(chēng) 之為直接耦合組配對(duì)圖像，或者稱(chēng)之為交互耦合組配對(duì)圖像，直接耦合組圖 像為第一直接耦合組圖像攝像頭(11，12)，第二直接耦合組圖像攝像頭 (13,14)，第三直接耦合組圖像攝像頭(11,13)，第四直接耦合組圖像攝像 頭(12，14)圖像對(duì)，交互耦合組圖像為第一交互耦合組圖像攝像頭(I1，工4) 和第二交互耦合組圖像攝像頭(12， 13)圖像對(duì)。
全文摘要
本發(fā)明是仿生復(fù)眼式正方形陣列圖像傳感器系統(tǒng)，其特征是視頻攝像頭陣由第一攝像頭，第二攝像頭，第三攝像頭和第四攝像頭四個(gè)視頻攝像頭組成，并按照正方形對(duì)稱(chēng)式排列形成視頻攝像頭陣列，四個(gè)攝像頭分別安裝在攝像頭陣列A面四個(gè)角的位置，在攝像頭陣列B面，攝像頭電路的四個(gè)接插件分別與四個(gè)視頻攝像頭相對(duì)應(yīng)；四個(gè)攝像頭分別經(jīng)視頻連頭連接4路視頻編碼器。優(yōu)點(diǎn)以一組4個(gè)攝像頭組成仿生復(fù)眼型圖像傳感器系統(tǒng)，它能夠產(chǎn)生兩組配對(duì)圖像即，直接耦合組配對(duì)圖像和交互耦合組配對(duì)圖像，共計(jì)六對(duì)配對(duì)圖像，從而有效地獲取圖像中的物體三維結(jié)構(gòu)，運(yùn)用配對(duì)圖像算法從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自動(dòng)校正地獲取圖像中物體的三維立體信息的功能。
文檔編號(hào)H04N13/00GK101350932SQ20081019638
公開(kāi)日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者徐立中, 華 李 申請(qǐng)人:李 華;徐立中