專利名稱：用于獲得三維圖像的cmos立體照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲得三維圖像的照相機(jī)，更具體地，涉及用于獲 得三維圖^f象的COMS立體照相^L,該照相機(jī)能夠/人4吏用至少兩個(gè) CMOS圖像傳感器獲得的圖像中不費(fèi)力地獲得三維信息。
背景技術(shù)：
獲得目標(biāo)的三維信,l的傳統(tǒng)方法包括使用雙眼視差的方法和探測(cè) 三維目標(biāo)的各點(diǎn)的距離的方法，其中雙眼視差是指左眼獲得的圖像和 右眼獲得的圖像之間的像差。在采用雙眼視差的方法中，使用了相互平行設(shè)置的兩個(gè)圖像傳感 器。由于兩個(gè)圖像傳感器以不同方向觀察三維目標(biāo)，因此通過(guò)所述兩 個(gè)圖像傳感器獲得的圖像彼此有差別。因而，通過(guò)在兩幅圖像中搜索 相同點(diǎn)并比較左右圖像的位移可獲得距離信息。由于上述方法采用了兩個(gè)圖像傳感器，因此該方法通過(guò)使用相對(duì) 簡(jiǎn)單的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，為了從所獲得的兩幅圖像中搜索相同的點(diǎn)， 需要進(jìn)行大量的圖像處理操作，因而需要進(jìn)行大量的計(jì)算。另一方面，在測(cè)量三維目標(biāo)各點(diǎn)距離的方法中，可精確地測(cè)量三 維目標(biāo)所有點(diǎn)的距離信息。但是，其需要復(fù)雜的裝置，且測(cè)量速度慢。在更一般的方法中，以具有柵格圖案(即網(wǎng)狀)的激光束照射三 維目標(biāo)來(lái)測(cè)量距離，從而通過(guò)相互平行設(shè)置的照相機(jī)獲得左右圖像， 其中所述激光束是利用激光指示器而獲得的。在上述方法中，在兩幅圖像之間可不費(fèi)力地搜索到相同的點(diǎn)。但 是，除了所述的兩個(gè)照相機(jī)之外，還需要能夠發(fā)射具有柵格圖案的激 光束的指示器，且該方法不能在一般開(kāi)放的大氣環(huán)境中進(jìn)行。圖1圖解說(shuō)明了傳統(tǒng)的實(shí)施例100,其中三維信息通過(guò)比較左右 圖像獲得。
參考圖1，三維空間中的點(diǎn)A經(jīng)過(guò)左鏡頭110定位于左圖4象115 上的點(diǎn)A'，經(jīng)過(guò)右鏡頭120定位于右圖像125上的點(diǎn)A"。通過(guò)對(duì)兩個(gè) 圖像115和125進(jìn)行相互比較可獲得點(diǎn)A的深度信息。然而，在上述方法中，為了通過(guò)比較圖像115和125來(lái)搜索相同 的點(diǎn)，需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。在大多數(shù)情況下，通過(guò)提取圖像的邊緣 并假定該邊緣是相同的點(diǎn)可獲得深度信息。處理圖像的過(guò)程和確定相 同點(diǎn)的過(guò)程是復(fù)雜的且具有較高的不確定性。因此，需要大量處理以 ^修改此不確定性。圖2圖解說(shuō)明了提取三維信息的傳統(tǒng)流程的實(shí)施例200。參考圖2,通過(guò)兩個(gè)水平設(shè)置的照相機(jī)210和220獲得的圖像經(jīng) 過(guò)串行或并行通信鏈路201存儲(chǔ)在圖像緩沖器215和225中。分別存 儲(chǔ)在圖像緩沖器215和225中的圖像被傳輸至數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 230。最后，通過(guò)在DSP230中比較圖像和計(jì)算深度信息以搜索相同的 點(diǎn)，從而獲得三維信息240。但是，圖2所示的用于提取三維信息的 傳統(tǒng)方法需要圖像緩沖器215和225。另外，由串行或并行通信鏈路 201造成的通信量會(huì)導(dǎo)致處理速度出現(xiàn)延遲。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提出了用于獲得 CMOS立體照相機(jī)是小型的 理速度較高。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種用于獲得三維圖像的CMOS 立體照相才幾，所述CMOS立體照相機(jī)包括左鏡頭和右鏡頭，所述左 鏡頭和右鏡頭接收來(lái)自同一平面上的點(diǎn)光源的光；左CMOS圖像傳感 器和右CMOS圖像傳感器，所述左CMOS圖像傳感器和右CMOS圖 像傳感器設(shè)置于所述左鏡頭和所述右鏡頭下方的單個(gè)基底上；以及 DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)，所述DSP形成于所述左CMOS圖像傳感器三維圖像的CMOS立體照相機(jī)，其中， ，可簡(jiǎn)單地計(jì)算出三維圖像信息，且其處
和右CMOS圖像傳感器之間，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線接收來(lái)自所述左CMOS 圖像傳感器和右CMOS圖像傳感器的圖像而提取所述點(diǎn)光源的三維信息。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了一種用于獲得三維圖像的 CMOS立體照相機(jī)，所述CMOS立體照相機(jī)包括至少三個(gè)鏡頭，所 述至少三個(gè)鏡頭接收來(lái)自同一平面上的點(diǎn)光源的光；至少三個(gè)CMOS 圖像傳感器，所述至少三個(gè)CMOS圖像傳感器設(shè)置于所述至少三個(gè)鏡 頭下方的單個(gè)基底上；以及DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)，所述DSP形成 于所述至少三個(gè)CMOS圖像傳感器之間，其通過(guò)數(shù)據(jù)總線接收來(lái)自所 述至少三個(gè)CMOS圖像傳感器的圖像以提取所述點(diǎn)光源的三維信息。


通過(guò)參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性的實(shí)施方案，本發(fā)明的上 述和其它特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1圖解說(shuō)明了提取三維信息的傳統(tǒng)實(shí)施例；圖2圖解說(shuō)明了提取三維信息的傳統(tǒng)流程的實(shí)施例；圖3圖解說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用于獲得三維圖像的 CMOS立體照相才幾的截面圖和俯碎見(jiàn)圖；圖4圖解說(shuō)明了像平面上的像點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，其中，通過(guò)使 用圖3所示的CMOS立體照相機(jī)從空間點(diǎn)獲得該像平面；圖5圖解說(shuō)明了圖3所示的CMOS立體照相機(jī)中的點(diǎn)光源的左圖 像和右圖像；以及圖6圖解說(shuō)明了在圖3所示的CMOS立體照相機(jī)中提取三維信息 的流程。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。圖3圖解說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于獲得三維圖像的 CMOS立體照相機(jī)的截面圖和俯視圖。參考圖3,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于獲得三維圖像的CMOS 立體照相機(jī)300包括兩個(gè)鏡頭310和320,兩個(gè)CMOS圖像傳感器315 和325,以及DSP 330 (數(shù)字信號(hào)處理器)。在本文中，CMOS圖像傳 感器315、 325和DSP 330設(shè)置于單個(gè)基底上。另外，CMOS圖像傳 感器315和325的光軸相互平行且垂直于像平面。CMOS圖像傳感器315和325在基底上相互分隔開(kāi)。另夕卜，CMOS 圖像傳感器315和325被設(shè)置成CMOS圖像傳感器315和325的中心 之間的距離為d。為了方便起見(jiàn)，設(shè)置在圖3中左側(cè)的CMOS圖像傳 感器315被稱為左CMOS圖像傳感器，設(shè)置在圖3中右側(cè)的圖像傳感 器325被稱為右CMOS圖像傳感器。DSP 330設(shè)置成從由CMOS圖像傳感器315和325獲得的圖像中 4^取三維信息。為了有效地利用空間，DSP 330可設(shè)置于CMOS圖像 傳感器315和325之間。鏡頭310和320在垂直方向以距離h與圖像傳感器315和325分 隔開(kāi)。具體地，由CMOS圖^^傳感器315和325形成的像平面在垂直 方向以距離h與鏡頭310和320分隔開(kāi)。圖4圖解說(shuō)明了像平面上的各像點(diǎn)之間的幾何關(guān)系400,其中， 通過(guò)使用用于獲得如圖3所示的三維圖像的CMOS立體照相機(jī)300從 空間點(diǎn)獲得該像平面。在圖4中，Wl表示從左鏡頭310和右鏡頭320的平面到點(diǎn)光源 410的垂直距離。W2表示從穿過(guò)左CMOS圖像傳感器315和右圖像 傳感器325之間的中心點(diǎn)的垂直軸到點(diǎn)光源410的水平距離。W3表 示從穿過(guò)CMOS圖像傳感器315和325之間的中心點(diǎn)的垂直軸到點(diǎn)光 源410的水平距離。CMOS圖像傳感器315和325中心之間的水平距離d與圖像傳感 器和鏡頭之間的垂直距離h與測(cè)量深度信息的分辨率有關(guān)。雖然當(dāng)距 離d與高度h相比變得越來(lái)越大時(shí)，深度信息的分辨率也隨之提高， 但是，遠(yuǎn)處目標(biāo)的深度則變得不能分辨。盡管當(dāng)距離d與高度h相比 變得越來(lái)越小時(shí)，深度信息的分辨率也隨之降低，但是，遠(yuǎn)處目標(biāo)的 深度則變得可分辨。設(shè)置于X-Y平面上的點(diǎn)光源410發(fā)出的光分別經(jīng)過(guò)鏡頭310和 320投射至左CMOS圖像傳感器315和右CMOS圖像傳感器325上。 在X軸方向上，左圖像點(diǎn)和左CMOS圖像傳感器315的中心之間 的位移t2，以及右圖像點(diǎn)和右CMOS圖像傳感器325的中心之間的位 移t3隨著從鏡頭310和320的中心到點(diǎn)光源410的距離的變化而變化。 因此，點(diǎn)光源410的深度信息可從位移t2和t3獲得。參考圖4，三維空間中點(diǎn)的深度信息將根據(jù)下面的等式獲得(在 圖4的實(shí)施例中，假設(shè)t2<t3 )。 [等式l]/#2-(€J/2)4 =沐'3 機(jī)Wl、 W2和W3可由等式1獲得, [等式2]<formula>formula see original document page 8</formula>在上述設(shè)置中，投射至Y軸上的點(diǎn)光源410的圖像點(diǎn)的位移tl 相對(duì)于COMS圖像傳感器315和325總是相同的。由于存在上述特征， 因此提取目標(biāo)三維信息所需的計(jì)算是筒單的。圖5圖解說(shuō)明了用于提取三維信息的實(shí)施例500。圖5圖解說(shuō)明 了獲得在空間中的圖像傳感器上具有相同的tl的任意線的深度信息即 Wl的方法。遠(yuǎn)離點(diǎn)光源的光位于左像平面510上的點(diǎn)515以及右^f象平 面520上的點(diǎn)525。像平面上點(diǎn)515和點(diǎn)525的高度tl是相等的。
利用等式1和等式2可從圖像點(diǎn)的值tl、 t2和t3獲得空間值Wl、 W2和W3。因此，通過(guò)比較來(lái)自圖像傳感器的具有特定值tl的兩條線、 利用搜索相同點(diǎn)的方法可獲得三維信息。因此，與通過(guò)比較整個(gè)左圖像和整個(gè)右圖像來(lái)搜索相同點(diǎn)以獲得 三維深度信息的傳統(tǒng)方法相比，其計(jì)算量急劇減少且具有相對(duì)較低的 不確定性。另外，通過(guò)相鄰點(diǎn)的深度信息可不費(fèi)力地修改本實(shí)施例中 所包含的深度的不確定性。圖6圖解說(shuō)明了圖3所示的在CMOS立體照相機(jī)300中提取三維 信息以獲得三維圖像的流程的實(shí)施例600。參考圖6, CMOS圖像傳感器315和325連接至DSP 330，以通 過(guò)數(shù)據(jù)總線610提取三維信息。三維信息620通過(guò)DSP 330提取。因 此，與傳統(tǒng)技術(shù)不同的是，其不需要圖2中的圖像緩沖器215和225。 另外，不會(huì)出現(xiàn)由圖2中的串行或并行通信鏈路201造成的通信量而 引起的處理速度延遲。另外，CMOS圖像傳感器315和325的圖像信息以多行為單位進(jìn) 行處理以便對(duì)該信息進(jìn)行內(nèi)插。例如，在VGA的情況下，圖像包括 640x480個(gè)像素。圖4象處理操作，例如內(nèi)插處理等，通過(guò)使用具有640 段數(shù)據(jù)的多行來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于圖像處理操作通過(guò)使用五到八條線來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此通過(guò)利用左 右CMOS圖像傳感器315和325的多行的數(shù)據(jù)，從而可采用用于提取 來(lái)自DSP 330的線的三維信息的方法，其中，兩個(gè)CMOS圖像傳感器 的圖像點(diǎn)的位移tl相對(duì)于任意軸是相等的。因而數(shù)據(jù)可被無(wú)延遲地立 刻處理，因此圖像處理速度較高。具體地，與通過(guò)利用整個(gè)左右圖像來(lái)搜索相同點(diǎn)的方法相比，通 過(guò)利用左CMOS圖像傳感器315和右CMOS圖像傳感器325的多行 的數(shù)據(jù)來(lái)搜索相同點(diǎn)的方法可不費(fèi)力地提取三維信息。到目前為止，已說(shuō)明了包含兩個(gè)鏡頭和形成于單個(gè)基底的兩個(gè) CMOS圖像傳感器的實(shí)施例。但是，包含三個(gè)或三個(gè)以上鏡頭以及形 成于單個(gè)基底上、對(duì)應(yīng)于所述鏡頭的三個(gè)或三個(gè)以上的CMOS圖像傳 感器的另 一 實(shí)施例也可獲得相同的結(jié)果。
工業(yè)適用性如上所述，通過(guò)在單一基底的同一平面上"^殳置至少兩個(gè)CMOS圖 像傳感器并且在兩個(gè)或兩個(gè)以上CMOS圖像傳感器間設(shè)置DSP以獲 取三維信息，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于獲得三維圖像的CMOS立 體照相機(jī)具有較小的尺寸。CMOS立體照相才幾通過(guò)以行為單位提取三 維信息可筒單地計(jì)算三維信息。因此CMOS立體照照相機(jī)具有較高的 處理速度。另外，由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的用于獲得三維圖像的CMOS立 體照相機(jī)不需要例如圖像緩沖器的額外裝置，因此可采用低價(jià)的三維 圖像傳感器。
權(quán)利要求
1. 一種用于獲得三維圖像的CMOS立體照相機(jī)，所述CMOS立體照相機(jī)包括左鏡頭和右鏡頭，所述左鏡頭和右鏡頭接收來(lái)自同一平面上的點(diǎn)光源的光；左CMOS圖像傳感器和右CMOS圖像傳感器，所述左CMOS圖像傳感器和右CMOS圖像傳感器設(shè)置于所述左鏡頭和所述右鏡頭下方的單個(gè)基底上；以及DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)，所述DSP形成于所述左CMOS圖像傳感器和右CMOS圖像傳感器之間，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線接收來(lái)自所述左CMOS圖像傳感器和右CMOS圖像傳感器的圖像而提取所述點(diǎn)光源的三維信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS立體照相機(jī)，其中，通過(guò)利用所 述左CMOS圖像傳感器和所述右CMOS圖像傳感器的圖像點(diǎn)的位移 以計(jì)算所述點(diǎn)光源的高度，從而獲得所述三維信息，所述圖像點(diǎn)是通 過(guò)允許所述點(diǎn)光源的光經(jīng)過(guò)所述左鏡頭和所述右鏡頭，在所述左 CMOS圖像傳感器和所述右CMOS圖像傳感器上形成圖像而獲得的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS立體照相機(jī)，其中，所述三維信 息是以所述左CMOS圖像傳感器和所述右CMOS圖像傳感器的行為 單位提取的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的CMOS立體照相機(jī)，其中，所述三維信 息是通過(guò)利用其中所述左CMOS圖像傳感器及所述右CMOS圖像傳 感器的圖像點(diǎn)相對(duì)于任意軸的位移是相同的多行而提取的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS立體照相機(jī)，其中，所述多行的 數(shù)目為五到八行。
6. —種用于獲得三維圖像的CMOS立體照相機(jī)，所述CMOS立 體照相才幾包括至少三個(gè)鏡頭，所述至少三個(gè)鏡頭接收來(lái)自同一平面上的點(diǎn)光源 的光；至少三個(gè)CMOS圖像傳感器，所述至少三個(gè)CMOS圖像傳感器 設(shè)置于所述至少三個(gè)鏡頭下方的單個(gè)基底上；以及DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)，所述DSP形成于所述至少三個(gè)CMOS 圖像傳感器之間，其通過(guò)數(shù)據(jù)總線接收來(lái)自所述至少三個(gè)CMOS圖像 傳感器的圖像以提取所述點(diǎn)光源的三維信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的COMS立體照相機(jī)，其中，通過(guò)利用所 述至少三個(gè)CMOS圖像傳感器的圖像點(diǎn)的位移來(lái)計(jì)算所述點(diǎn)光源的高 度，從而獲得所述三維信息，所述圖像點(diǎn)是通過(guò)允許所述點(diǎn)光源的光 經(jīng)過(guò)所述至少三個(gè)鏡頭，在所述至少三個(gè)CMOS圖^f象傳感器上形成圖 像而獲得的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的CMOS立體照相機(jī)，其中，所述三維信 息是以所述至少三個(gè)CMOS圖像傳感器的行為單位提取的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的CMOS立體照相機(jī)，其中，所述三維信 息是通過(guò)利用其中所述至少三個(gè)CMOS圖像傳感器的圖像點(diǎn)相對(duì)于任 意軸的位移是相同的多行而提取的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的CMOS立體照相機(jī)，其中，所述多行 的數(shù)目為五到八行。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于獲得三維圖像的CMOS立體照相機(jī)，其中，具有相同特征的兩個(gè)CMOS圖像傳感器設(shè)置于單個(gè)半導(dǎo)體基底上。通過(guò)將兩個(gè)CMOS圖像傳感器設(shè)置在同一半導(dǎo)體基底上，CMOS圖像傳感器具有位于同一平面內(nèi)的像平面。用于處理三維圖像的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)設(shè)置于兩個(gè)CMOS圖像傳感器之間。CMOS圖像傳感器的光軸相互平行且垂直于所述像平面。由于形成于CMOS圖像傳感器上的光學(xué)裝置可通過(guò)相同的方法制造，因此兩個(gè)CMOS圖像傳感器之間的光軸的偏離可被最小化。
文檔編號(hào)H04N13/02GK101401443SQ200780008388
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者元俊鎬, 李炳洙 申請(qǐng)人:(株)賽麗康