阅读说明：本技术 一种带镜头组的球形三维摄像系统 (Spherical three-dimensional camera system with lens group ) 是由 刘兰平 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种带镜头组的球形三维摄像系统,属于电子设备应用技术,系统包括：球体；多组镜头组,镜头组均包括五个光轴均穿过球体的球心的镜头单元,其中一个镜头单元为中心镜头,另外四个镜头单元为边缘镜头；图像传感器；数据处理单元；在同一镜头组中,五个镜头单元分别位于一个内接于球体的正四棱锥的顶点上,且四个边缘镜头分别位于正四棱锥的底面的四个顶点,中心镜头的光轴与任一边缘镜头的光轴之间的夹角<Image he="114" wi="661" file="DDA0002294351600000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>其中R为球体的半径,α为镜头单元的辐射角度,d为镜头单元的焦距；解决了每一摄像镜头和图像传感器均负责采集某一区域中的图像,当其中一个或多个摄像镜头发生损坏,形成的三维立体场景便会缺失该区域的图像的问题。(The invention provides a spherical three-dimensional camera system with a lens group, belonging to the application technology of electronic equipment, and the system comprises: a sphere; the lens groups all comprise five lens units with optical axes passing through the spherical center of the sphere, wherein one lens unit is a central lens, and the other four lens units are marginal lenses; an image sensor; a data processing unit; in the same lens group, five lens units are respectively positioned on the vertex of a regular rectangular pyramid internally connected with the sphere, four edge lenses are respectively positioned on the four vertices of the bottom surface of the regular rectangular pyramid, and the included angle between the optical axis of the central lens and the optical axis of any edge lens Wherein R is the radius of the sphere and α is the radius of the lens unitA projection angle d is a focal length of the lens unit; the problem of each camera lens and image sensor all be responsible for gathering the image in a certain region, when one or more camera lenses take place to damage, the three-dimensional stereo scene that forms just can lack the image in this region is solved.)

一种带镜头组的球形三维摄像系统

技术领域

本发明涉及电子设备应用技术，尤其涉及一种带镜头组的球形三维摄像系统。

背景技术

目前，在法庭科学领域、案件现场勘验、交通事故现场勘验和各种场景下的刑事照相过程中，实现对法庭科学的相关事件现场的记录和重现，当前的方式主要是利用各类照相系统(机)对实景进行拍摄记录，是二维的视频图像记录，数据、信息和痕迹均为二维性质。我国公安司法等部门迫切需要运用三维全景图像技术，弥补传统的二维图像信息的短板，提升案件分析、案情研判和并案调查等工作的效率。

现有的球形三维摄像系统包括球体、多个设置于球体表面的摄像镜头、设置于球体内的图像传感器和数据处理单元等。图像传感器通过摄像镜头接收图像，并传输至数据处理单元，由数据处理单元拼合形成三维立体场景。

但是上述技术方案存在以下问题：每一摄像镜头和图像传感器均负责采集某一区域中的图像，当其中一个或多个摄像镜头发生损坏，形成的三维立体场景便会缺失该区域的图像，因此有待改善。

发明内容

为此，本发明的目的是提供一种带镜头组的球形三维摄像系统，以解决上述提及的当其中一个或多个摄像镜头发生损坏，形成的三维立体场景便会缺失该区域的图像的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种带镜头组的球形三维摄像系统，所述系统包括：

球体；

多组镜头组，均设置于球体上，所述镜头组均包括五个光轴均穿过所述球体的球心的镜头单元，其中一个镜头单元为中心镜头，另外四个镜头单元为边缘镜头；

图像传感器，与镜头单元一一对应，且位于与其对应的镜头单元的成像面处，用于接收光信号，并将光信号转化为电信号；

数据处理单元，与每一所述图像传感器均电连接，用于接收部分或者所有图像传感器所输出的电信号，并拼合形成三维立体场景；

在同一镜头组中，五个镜头分别位于一个内接于球体的正四棱锥的顶点上，且四个边缘镜头分别位于所述正四棱锥的底面的四个顶点，所述中心镜头的光轴与任一边缘镜头的光轴之间的夹角

其中R为球体的半径，α为镜头的辐射角度，d为镜头的焦距。

作为优选，在同一镜头组中，两相邻的边缘镜头的光轴之间的夹角

作为优选，当镜头的实焦点均汇集于球体的球心处，即d＝R时，所述中心镜头的光轴与任一边缘镜头的光轴之间的夹角

两相邻的边缘镜头的光轴之间的夹角

作为优选，所述镜头单元包括靠近所述球体的球心一侧的目镜，以及位于所述球体表面的物镜。

作为优选，在任意两个相邻的镜头组中，设为镜头组A和镜头组B，所述镜头组A的中心镜头为镜头组B的其中一个边缘镜头，所述镜头组B的中心镜头为镜头组A的其中一个边缘镜头。

作为优选，所述球体内设有储存模块，与所述数据处理单元电连接，用于接收并储存由数据处理单元输出的三维立体场景。

作为优选，所述球体内设有电源模块，与所述镜头组、图像传感器及数据处理单元电连接。

作为优选，所述球体的表面均匀分布有辅助光源，对拍摄场景进行补光。

作为优选，所述球体上设有数据传输接口；当所述数据传输接口(9)连接电脑端或手机端时，电脑端或手机端接收并展示出所述三维立体场景，使用者于电脑端或手机端可测量所述三维立体场景中不同物体之间的距离。

作为优选，所述球体上且位于数据传输接口处铰接有盖板，用于在非使用状态下保护所述数据传输接口。

本发明提供的一种带镜头组的球形三维摄像系统具有如下优点：

1.在每一个镜头组中，四个边缘镜头可以完全覆盖该镜头组中的中心镜头的辐射区域，使得每一区域可以被同时拍摄两次，以提高后期对比校准的精准性；

2.当其中一个镜头单元损坏时，以该镜头单元为中心镜头的那一镜头组的其他四个镜头可以覆盖中心镜头负责的拍摄区域，从而可以在某些镜头单元损坏的情况下，仍然能够形成完整的三维立体场景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中其中一个镜头组的结构示意图；

图3为镜头单元和图像传感器的***示意图；

图4为本发明的立体剖视图；

图5为本发明中剖面同时经过一个镜头组中的中心镜头和两个对角的边缘镜头时的简洁半剖视图；

图6为某一个镜头组的四个边缘镜头和球心组成的正四棱锥的结构示意图。

图中各附图标记说明如下：

1、球体；2、镜头组；201、中心镜头；202、边缘镜头；3、镜头单元；301、物镜；302、目镜；4、图像传感器；5、数据处理单元；6、储存模块；7、电源模块；8、辅助光源；9、数据传输接口；10、盖板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种带镜头组的球形三维摄像系统，如图1和图2所示，包括球体1，球体1的外表面安装有多组镜头组2，每一个镜头组2均包括五个光轴均穿过球体1的球心的镜头单元3，这五个镜头单元3的规格、大小、焦距均相同。

如图3所示，镜头单元3包括靠近球体1的球心一侧的目镜302，以及位于球体1表面的物镜301。

如图4所示，球体1的内部安装有图像传感器4、数据处理单元5、储存模块6和电源模块7。

图像传感器4的数量和位置与镜头单元3一一对应，且位于与其对应的镜头单元3的成像面处，用于接收光信号，并将光信号转化为电信号。

数据处理单元5与每一图像传感器4均电连接，用于接收部分或者所有图像传感器4所输出的电信号，并拼合形成三维立体场景。

储存模块6与数据处理单元5电连接，用于接收并储存由数据处理单元5输出的三维立体场景。

电源模块7与镜头组2、图像传感器4及数据处理单元5电连接。

球体1的表面均匀分布有辅助光源8，对拍摄场景进行补光；在夜晚时段或者光线灰暗的地段使用。

球体1上设有数据传输接口9；当数据传输接口9连接电脑端或手机端时，电脑端或手机端接收并展示出三维立体场景，使用者于电脑端或手机端可测量三维立体场景中不同物体之间的距离。数据传输接口9是为了将储存于储存模块6中的三维立体场景输出至电脑端或手机端，让使用者可以在电脑端或手机端的一些诸如VR软件，读取并展示该三维立体场景。

球体1上且位于数据传输接口9处铰接有盖板10，用于在非使用状态下保护数据传输接口9；盖板10是为了在非使用状态下保护数据传输接口9，避免数据传输接口9处进入灰尘，导致失灵的情况发生，还能避免非工作人员任意动用该系统，私自传输三维立体场景的数据。

为了在某一个或者某几个镜头单元3损坏的情况下，仍能够正常进行拍摄工作，且不会使形成的三维立体场景缺失图像，本发明进一步设置如下。

在同一镜头组2中，其中一个镜头单元3为中心镜头201，另外四个镜头单元3为边缘镜头202，且这五个镜头单元3分别位于一个内接于球体1的正四棱锥的五个地点上，且四个边缘镜头202分别位于正四棱锥的底面的四个顶点，而中心镜头201位于该正四棱锥与底面相对的顶点上。

由镜头单元3的目镜302的实焦点向外扩张一个圆锥体，即为每一个镜头单元3的辐射区域，该圆锥体与球体1的表面之间会交叉形成一个圆弧面，该圆弧面具有唯一的一个内接正方形，该内接正方形与该圆弧面的圆周内接，将其他四个边缘单元分别置于该内接正方形的四个顶点上，便可使得四个边缘单元的辐射区域完全覆盖住中心单元的辐射区域，而该内接正方形同时也是上述正四棱锥的底面。

设球体1的半径为R，镜头单元3的辐射角度为α(该辐射角度为镜头单元3的圆锥体辐射区域在截面的角度)，镜头单元3的焦距为d，中心镜头201的光轴与任一边缘镜头的光轴之间的夹角为β，两相邻的边缘镜头202的光轴之间的夹角为γ，其中R、α、d这三个数值均可以在生产球体和镜头单元时确定下来。

则，在同一个镜头组中，中心镜头201的光轴与任一边缘镜头202的光轴之间的夹角

证明过程如下：

如图5所示，图5为球体的简洁半剖视图，且剖面同时经过一组镜头组2中的一个中心镜头201和两个对角的边缘镜头202，其中A为其中一个边缘镜头，C为另一个边缘镜头，B为球体的球心，D为中心镜头的实焦点，E为中心镜头，则DE为中心镜头的焦距,AB、BC均为球体的半径，DE＝d，AB＝BC＝R，∠ADC＝α，∠ABC＝2β，

根据正弦定理，

则，

进一步，如图6所示，在四个边缘镜头202和球体1的球心可以形成另外一个正四棱锥，在这正四棱锥中，A、B、C、D分别为四个边缘镜头202，H为球体的球心，O为底面的中心，E为BC的重点，则∠BHO＝β，OB＝Rsinβ，

而γ＝2∠BHE，则，

当镜头的实焦点均汇集于球体的球心处，即d＝R时，中心镜头的光轴与任一边缘镜头的光轴之间的夹角两相邻的边缘镜头的光轴之间的夹角

在任意两个相邻的镜头组中，设为镜头组X和镜头组Y，所述镜头组X的中心镜头为镜头组Y的其中一个边缘镜头，所述镜头组Y的中心镜头为镜头组X的其中一个边缘镜头。

具体工作原理：当球体1上的任一镜头单元3损坏后，在以该镜头单元3为中心镜头201的镜头组2中，其他四个边缘镜头202可以完全覆盖和代替中心镜头201进行拍摄工作，从而可以在某些镜头单元3损坏的情况下，仍然能够形成完整的三维立体场景；此外，在每一个镜头组2中，四个边缘镜头202可以完全覆盖该镜头组2中的中心镜头201的辐射区域，使得每一区域可以被同时拍摄两次，以提高后期对比校准的精准性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。