CN104506842A - 三维摄像头模组、终端设备以及测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种三维摄像头模组、终端设备以及测距方法。该三维摄像头模组包括：基板；第一摄像头，安装在所述基板上且朝向第一方向；第二摄像头，安装在所述基板上且朝向所述第一方向，其中，所述第一摄像头的第一光轴和所述第二摄像头的第二光轴相对于所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线倾斜，所述第一光轴相对于所述连线第一夹角，所述第二光轴相对于所述连线第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角至少之一不为90°。通过倾斜设置摄像头，能够提升远距离物体的测距精度，且有利于实现三维摄像头模组以及终端设备的小型化、超薄化，提高便携程度。

Description

三维摄像头模组、终端设备以及测距方法

技术领域

本发明的实施例涉及一种三维摄像头模组、终端设备以及测距方法。

背景技术

近年来，立体视觉技术在移动机器人导航、智能车导航、三维重建、精密测量等领域得到广泛的应用，其是计算机被动测距方法中最重要的距离感知技术。立体视觉测距的基本原理是从两个视点观察同一物体，以获取在不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差(即视差)来获取物体的距离信息。

在立体视觉测距技术中，基于双摄像头的双目立体视觉测距技术是重要的一种技术，其利用双摄像头，判断同一物体在两幅成像画面中位置的不同从而获取物体的距离。

双目立体视觉测距根据景深计算深度，越远的物体分辨率越低。图1示出了用于大尺寸的双目立体视觉装置(双目距离12cm)的识别距离与测试精度的关系，其中横坐标表示摄像头与物体的距离，纵坐标表示在该距离下单位数据(例如，1)代表的距离。如图1所示，摄像头与物体的距离越大，单位数据代表的距离越大，也就是，测试精度越低。实际中，为了提高远距离测试精度，通常需要增加两个摄像头之间的距离，然而两个摄像头之间的距离越大，双目测距装置所占的空间的就越大，这势必会增加容置该双目测距装置的终端设备的体积，不利于该终端设备的小型化、超薄化。

发明内容

本发明的实施例提供一种三维摄像头模组、终端设备以及测距方法，能够在摄像头之间保持小间距的情况下，提高对远距离物体的测距精度。

一方面，本发明的实施例提供一种三维摄像头模组，包括：基板；第一摄像头，安装在所述基板上且朝向第一方向；第二摄像头，安装在所述基板上且朝向所述第一方向，其中，所述第一摄像头的第一光轴和所述第二摄像头的第二光轴相对于所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线倾斜，所述第一光轴相对于所述连线第一夹角，所述第二光轴相对于所述连线第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角至少之一不为90°。

示例性地，所述第一夹角等于所述第二夹角。

示例性地，所述第一摄像头和所述第二摄像头相对于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称设置。

示例性地，所述第一夹角的大于70°且小于90°。

示例性地，根据本发明实施例的三维摄像头模组还包括：存储单元，用于存储所述第一摄像头和所述第二摄像头拍摄的图像信息；处理单元，处理所述图像信息；以及控制单元，控制所述第一摄像头和所述第二摄像头的拍摄动作。

示例性地，所述第一摄像头包括：第一透镜组和第一图像传感器，所述第二摄像头包括：第二透镜组和第二图像传感器。

示例性地，根据本发明实施例的三维摄像头模组还包括：视角补偿透镜单元，用于增加所述三维摄像头模组的有效视角。

示例性地，根据本发明实施例的三维摄像头模组还包括：装载台，设置在所述第一摄像头和所述第二摄像头与所述基板之间，其中所述装载台的设置有所述第一摄像头的面和设置有所述第二摄像头的面相对于所述基板倾斜且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

示例性地，根据本发明实施例的三维摄像头模组还包括：两个装载台，分别设置在所述第一摄像头与所述基板之间以及所述第二摄像头与所述基板之间，其中所述两个装载台的设置有所述第一摄像头的面和设置有所述第二摄像头的面相对于所述基板倾斜且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

示例性地，所述基板是印刷电路板或柔性电路板。

示例性地，根据本发明实施例的三维摄像头模组还包括：两个印刷电路板，每个印刷电路板相对于所述基板倾斜，其中一个印刷电路板上设置有所述第一摄像头，另一个印刷电路板上设置有所述第二摄像头，所述两个印刷电路板关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

示例性地，所述基板的设置有所述第一和第二摄像头的一侧形成有关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称的斜坡。

示例性地，根据本发明实施例的三维摄像头模组还包括：两个装载台，分别设置在所述两个印刷电路板与所述基板之间，其中所述两个装载台的设置有所述第一摄像头的面和设置有所述第二摄像头的面相对于所述基板倾斜且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

示例性地，根据本发明实施例的三维摄像头模组还包括：装载台，设置在所述两个印刷电路板与所述基板之间，其中所述装载台的设置所述第一摄像头的面和设置有所述第二摄像头的面相对于所述基板倾斜且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

示例性地，所述第一摄像头和所述第二摄像头是相同的摄像头。

另一方面，本发明的实施例还提供一种终端设备，包括：如上所述的三维摄像头模组。

示例性地，根据本发明实施例的终端设备，还包括：外壳，其中所述外壳中形成有摄像头孔，所述三维摄像头模组设置在所述外壳内且所述第一摄像头和所述第二摄像头通过所述摄像头孔暴露到外部。

示例性地，根据本发明实施例的终端设备，还包括：外壳，其中所述三维摄像头模组安装在所述外壳外部。

再一方面，本发明的实施例还提供一种测距方法，包括：

利用第一拍摄装置和第二拍摄装置分别采集待测物体的影像；

根据所述待测物体在所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置中所成的第一像点和第二像点的坐标之差Δx或Δy，确定所述待测物体到所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心的所述连线的垂直距离h，

其中所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置朝向同一个方向，且所述第一拍摄装置的第一光轴和所述第二拍摄装置的第二光轴相对于所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心的连线倾斜，所述第一光轴相对于所述连线具有第一夹角，所述第二光轴相对于所述连线具有第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角至少之一不为90度。

示例性地，所述第一夹角等于所述第二夹角，所述根据所述待测物体在所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置中所成的第一像点和第二像点的坐标之差Δx或Δy，确定所述待测物体到所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心的所述连线的垂直距离h，包括：利用公式

$h=\frac{d*f}{(x_L-x_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δx}*\cos \mathrm{\θ}}-f$ 或 $h=\frac{d*f}{(y_L-y_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δy}*\cos \mathrm{\θ}}-f$

确定所述距离h，其中所述x_L和y_L是所述第一像点的横坐标和纵坐标，x_R和y_R是所述第二像点的横坐标和纵坐标，d是所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心之间的距离，f是第一拍摄装置和第二拍摄装置的焦距，θ是所述第一夹角的余角，所述第一夹角等于所述第二夹角，所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置完全相同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了用于大尺寸的双目立体视觉装置的识别距离与测试精度的关系；

图2示出了根据本发明实施例的三维摄像头模组的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的另一三维摄像头模组的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的再一三维摄像头模组的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的再一三维摄像头模组的结构示意图；

图6(a)和图6(b)分别示出了三维摄像头模组中摄像头未倾斜设置和倾斜设置两种情况下有效视角的比较图；

图7示出了根据本发明实施例的再一三维摄像头模组的结构示意图；

图8示出了根据本发明实施例的三维摄像头模组的示例性结构框图；

图9示出了根据本发明实施例的测距方法的原理图；

图10示出了根据本发明实施例的第一摄像头或第二摄像头的示例性结构框图；以及

图11示出了根据本发明实施例的第一摄像头和第二摄像头的另一示例性结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明的实施例提供一种三维摄像头模组、采用该三维摄像头模组的终端设备以及利用该三维摄像头模组的测距方法。

该三维摄像头模组包括：基板；第一摄像头，安装在所述基板上且朝向第一方向；第二摄像头，安装在所述基板上且朝向所述第一方向，其中，所述第一摄像头的第一光轴和所述第二摄像头的第二光轴相对于所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线倾斜，所述第一光轴相对于所述连线第一夹角，所述第二光轴相对于所述连线第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角至少之一不为90°。

应该注意的是，在本发明的实施例中，两个摄像头都朝向第一方向，这里朝向第一方向是指朝向被拍摄物体的方向，示例性地，如果被拍摄物体位于三维摄像头模组的前方，则朝向第一方向是指朝向前方，而朝向被拍摄物体的方向或者朝向前方并不意味着两个摄像头的光轴平行，而是二者的光轴可以不平行，只要能够拍摄位于前方的物体即可，只要两个摄像头被设置为能够拍摄同一物体都可以被定义为两个摄像头朝向第一方向。

在该摄像头模组中，由于第一摄像头和第二摄像头倾斜设置，不再指向正前方，从而能够扩大同一物体在两个摄像头中所形成影像之间的视差，由此，能够提升远距离物体的测距精度。而且，在本发明的实施例中，在两个摄像头之间的距离保持为小间距的情况下，能够提高对远距离物体的测试精度，在不增加三维摄像头模组的尺寸的情况下，实现测距精度的提高，有利于实现三维摄像头模组以及容置该三维摄像头模组的终端设备的小型化、超薄化，提高便携程度。以下将结合附图对本发明实施例提供的三维摄像头模组、采用该三维摄像头模组的终端设备以及利用该三维摄像头模组的测距方法进行详细说明。

本发明的实施例提供一种三维摄像头模组，图2示出了该三维摄像头模组的结构示意图。如图2所示，三维摄像头模组1包括：基板31；第一摄像头21,安装在基板31上且朝向第一方向(即前方)；第二摄像头22，安装在基板31上且朝向第一方向，其中第一摄像头21的第一光轴A1和第二摄像头22的第二光轴A2相对于第一摄像头21的镜头中心O1和第二摄像头22的镜头中心O2的连线O1O2倾斜，而不是指向与该连线垂直的正前方。

这里，第一摄像头21相对于连线O1O2具有第一倾角θ1，而第二摄像头22相对于连线O1O2具有第二倾角θ2，其中第一倾角θ1和第二倾角θ2至少之一不为零，图2的示例中示出了第一倾角θ1和第二倾角θ2都不为零且相等的情况，但是本发明的实施例并不限于此。由图2可以看出，第一摄像头21相对于连线O1O2的第一倾角θ1与第一摄像头21的第一光轴A1相对于连线O1O2的第一夹角α1互为余角，而第二摄像头22相对于连线O1O2的第二倾角θ2与第二摄像头22的第二光轴A2相对于连线O1O2的第二夹角α2互为余角，也就是：α1+θ1＝90°，α2+θ2＝90°。

这样，第一摄像头21和第二摄像头22相对于连线O1O2倾斜设置，也就是，第一夹角α1和第二夹角α2至少之一不为90度，图2的示例仅示出了一种情况。

示例性地，第一倾角θ1等于第二倾角θ2，也就是，第一夹角α1等于第二夹角α2，图2中示出了角度相等的情况。

当然，本领域的普通技术人员应该注意的是，第一摄像头21相对于连线O1O2倾角也可以不等于第二摄像头22相对于连线O1O2的倾角，二者可以略有差别；或者第一摄像头21和第二摄像头22可以一个倾斜而另一个不倾斜；但是，二者倾角不等的情况下可能对测距精度有影响，本领域的技术人员可以针对实际情况而选择使得二者相等或不等，本发明的实施例对此不做任何限定。

示例性地，第一摄像头21和所述第二摄像头22相对于通过第一摄像头21的镜头中心O1和第二摄像头22的镜头中心O2的连线O1O2的中点且与连线O1O2垂直的轴PS对称。

示例性地，第一夹角α1和第二夹角α2大于70°且小于90°。

例如，第一摄像头和第二摄像头可以分别包括透镜组和图像传感器(例如CCD或CMOS传感器)，如图10所示，连接器用于与采用该三维摄像头的终端设备进行信号连接。或者，第一摄像头和第二摄像头可以公用一个图像传感器。示例性地，如图11所示，当图像传感器被公用时，该三维摄像头模组还包括：第一光学模块，将来自一个透镜组的光线引导到图像传感器；第二光学模块，将来自另一个透镜组的光线引导到同一个图像传感器；以及控制模块，控制一个透镜组和另一个透镜组交替工作，并使得图像传感器在一个透镜组工作时接收通过第一光学模块传输的来自该镜头的光线，并且在另一个透镜组工作时接收通过第二光学模块传输的来自该镜头的光线。

两个摄像头的透镜组可以由玻璃或塑料材质的任意微镜头实现。示例性地，第一和第二摄像头还可以为设置有红色滤光片的摄像头。

示例性地，第一摄像头和第二摄像头可以分别包括数字信号处理器，或者可以公用同一个数字信号处理器，用于处理两个摄像头的图像信息。该数字信号处理器可以使用通用计算装置或专用计算装置(例如DSP)实现。

下面对三维摄像头模组中第一和第二摄像头到基板的连接方式和固定方式进行描述。

示例1

基板31可以是印刷电路板(PCB)或柔性电路板。这样，基板31的设置有第一摄像头而第二摄像头的侧面便可以与连线O1O2平行，第一和第二摄像头相对于连线O1O2倾斜设置，也就是，第一和第二摄像头相对于基板31倾斜设置，且因为两面平行，每个摄像头相对于连线O1O2的倾角等于其相对于基板31的倾角。

示例性地，为了实现摄像头的倾斜设置，可以在第一摄像头和第二摄像头与基板31之间装设装载台，该装载台直接设置在基板31上，而第一和第二摄像头设置在该装载台上，其中该装载台的设置有第一摄像头的侧面和设置有第二摄像头的侧面相对于基板31倾斜。而且，该装载台的设置有第一摄像头的侧面和设置有第二摄像头的侧面例如可以相对于通过第一摄像头21的镜头中心O1和第二摄像头22的镜头中心O2的连线O1O2的中点且与连线O1O2垂直的轴PS对称。

示例性地，图3示出了设置有根据本发明实施例的三维摄像头模组的一个示例的结构图，如图3所示，装载台32设置在两个摄像头与基板31之间，且设置有两个摄像头的侧面相对于基板31倾斜且关于轴PS对称，而且装载台32的设置有摄像头的侧面的相对于基板31的倾角等于对应的摄像头关于连线O1O2的倾角。另一方面，如果由于工艺偏差二者可能不能严格相等而是略有差别，则这些偏差都在误差允许的范围内。

示例性地，装载台32的截面可以为等腰三角形，如图3所示，或者也可以为等腰梯形，如图4所示，但是本发明的实施例对此不做限定，只要该装载台能够使得第一摄像头和第二摄像头相对于连线O1O2，也就是，基板31的倾角相等即可。

示例性地，在本发明的实施例中，可以分别在第一摄像头和第二摄像头与基板31之间装设两个装载台321和322，例如，两个装载台的截面形状可以为等腰直角三角形或等腰梯形等，这两个装载台的安装有摄像头的侧面相对于基板31倾斜，且可以关于轴PS对称，相对于基板31的倾角相同。例如，为了提高摄像头的稳固性，这两个装载台之间可以有间隙，或者也可以没有间隙，本发明的实施例对此不做限定。

这里，装载台可以采用具有支撑作用的绝缘材料形成，摄像头可以采用多种方式固定到装载台。例如，可以在装载台中开设安装槽，该安装槽的内壁可以设置有螺纹，而每个摄像头可以将透镜组、图像传感器和/或连接器容置在壳体内，该壳体外壁可以设有螺纹，从而通过螺纹啮合固定摄像头。或者，装载台中可以形成安装孔，通过铆钉、螺栓等将摄像头固定到装载台。

另外，例如，装载台中可以形成通孔，通过该通孔使得摄像头的连接器电连接到印刷电路板或柔性电路板。

示例性地，可以通过薄的一端具有弯角的刚性支撑件将摄像头倾斜设置在基板31上。例如，将摄像头通过螺栓、铆接等常见的方式固定到刚性支撑件上，将该刚性支撑件的带有弯角的一端固定到基板31，弯角可以等于摄像头相对于连线O1O2的倾角。

在本发明的实施例中，可以采用发明人已知的方式将摄像头倾斜设置在基板31，例如，印刷电路板或柔性电路板上，只要能够实现摄像头的稳固倾斜设置，本发明的实施例并不限定连接方式。

示例2

第一摄像头21和第二摄像头22可以分别设置在两个印刷电路板上，每个印刷电路板可以倾斜设置在基板31上，通过印刷电路板的倾斜设置实现摄像头相对于基板31的倾斜设置。

示例性地，基板31的设置有第一摄像头21和第二摄像头22的一侧可以形成有两个斜坡，且这两个斜坡可以关于轴PS对称，且每个斜坡的坡角等于两个摄像头相对于连线O1O2的倾角。当然，在误差允许的范围内，斜坡的坡角和摄像头的倾角可以略有差别，这些都在本发明实施例的保护范围内。如图5所示，基板31形成有两个斜坡311和312，二者关于轴PS对称设置。

示例性地，具有斜坡的基板31的截面可以为等腰三角形或等腰梯形，本发明的实施例对此不做限定。

另外，基板31与第一摄像头21和第二摄像头22的两个印刷电路板之间可以设置有一个装载台，或，两个装载台。这里，示例1中的装载台也可以适用于示例2，因此，这里对装载台的具体结构不做重复描述。

两个印刷电路板与装载台的固定方式，可以采用铆接、焊接、螺栓连接等，本发明的实施例对此不做任何限定，只要能够实现印刷电路板的固定连接即可。

以上仅是对第一摄像头和第二摄像头相对于连线O1O2的倾角相等的连接和固定方式进行了描述，但是本领域的技术人员容易想到，对于倾角不等的情况以上方式也同样适用，但是略有不同的是，例如对于装载台，在倾角不等的情况下，安装有摄像头的面相对于基板的倾角与摄像头的倾角对应，因此，安装有摄像头的面相对于基板的倾角也彼此不同，其他连接和固定方式也类似，为了简洁这里不进行重复描述。

根据本发明实施例的三维摄像头模组，通过将两个摄像头相对于这两个摄像头的镜头中心的连线倾斜设置，能够扩大同一物体在两个摄像头中所形成影像之间的视差，由此，能够提升远距离物体的测距精度。而且，对根据本发明实施例的三维摄像头，在两个摄像头之间的距离保持为小间距的情况下，能够提高对远距离物体的测试精度，从而在不增加三维摄像头模组的尺寸的情况下，实现测距精度的提高，有利于实现三维摄像头模组以及容置该三维摄像头模组的终端设备的小型化、超薄化，提高便携程度。进一步地，三维摄像头模组中的两个摄像头具有完全相同的倾角，从而能够进一步提升远距离物体的测距精度，更有利于实现三维摄像头模组以及容置该三维摄像头模组的终端设备的小型化、超薄化，更提高便携程度。

本领域的技术人员应该注意的是，在本发明的实施例中，第一摄像头21和第二摄像头22可以是规格相同的摄像头，例如，具有相同的分辨率、水平和垂直视场角FOV(α，β)、焦距等。例如，对于双目视觉测距技术而言，本领域的技术人员可以根据实际情况以及经验值选择合适的摄像头。例如，可以采用分辨率为1280*720、水平和垂直视场角FOV(α，β)为FOV(75,60)、焦距为2.4mm的摄像头，且使得两个摄像头之间的间距为12cm。

当然，在本发明的实施例中，第一摄像头21和第二摄像头22也可以相同，例如分辨率、水平和垂直视场角FOV(α，β)或焦距不相同，本领域的技术人员可以针对实际情况而选择，本发明的实施例对此不做任何限定。

进一步地，对于根据本发明实施例的三维摄像头模组，由于摄像头倾斜设置，与摄像头未倾斜设置相比，这会使得有效视角减小。如图6(a)和(b)所示，图6(a)和(b)分别示出了摄像头未倾斜设置和倾斜设置两种情况下有效视角的比较图，其中的阴影区域为有效视角区域，由图6可以看出，与摄像头未倾斜设置的情况相比，摄像头倾斜设置的三维摄像头模组的有效视角明显减小。

为了补充摄像头倾斜设置带来的有效视角的损失，根据本发明实施例的摄像头还进一步设置有视角补偿透镜单元，如图7所示，例如，两个视角补偿透镜单元51和52的每个位于摄像头的透镜组和图像传感器之间且可以是实现扩大视角功能的透镜组，例如，视角补偿透镜单元可以为具有放大功能的透镜组，从而补偿视角损失，本发明的实施例并不对此进行限定，只要能够增加三维摄像头模组的有效视角即可。

这样，对于设置有视角补偿透镜的三维摄像头模组，可以在有效视角不被减小的同时，实现对远距离物体的测距精度的提高。

示例性地，根据本发明一个实施例的三维摄像头模组还可以包括：存储单元，用于存储所述第一摄像头和所述第二摄像头拍摄的图像信息；处理单元，用于处理所述图像信息；控制单元，用于控制所述第一摄像头和所述第二摄像头的拍摄动作，如图8所示。该存储单元、处理单元或控制单元可以采用已有的技术实现，这里不再赘述。

另外，本发明的实施例还提供一种测距方法，特别是利用上述任意三维摄像头模组的测距方法。根据本发明实施例的测距方法，包括：

步骤S1，利用第一拍摄装置和第二拍摄装置分别采集待测物体的影像；以及

步骤S2，根据待测物体在第一拍摄装置摄像头和第二拍摄装置摄像头中所成的第一像点和第二像点的坐标之差Δx或Δy，确定所述待测物体到第一拍摄装置摄像头的镜头中心和第二拍摄装置摄像头的镜头中心的连线的垂直距离h，其中第一拍摄装置和第二拍摄装置朝向同一个方向，且第一拍摄装置的第一光轴和第二拍摄装置的第二光轴相对于第一拍摄装置的镜头中心和第二拍摄装置的镜头中心的连线倾斜，第一光轴相对于连线具有第一夹角，第二光轴相对于连线具有第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角至少之一不为90度。

示例性地，根据待测物体在第一拍摄装置和第二拍摄装置中所成的第一像点和第二像点的坐标之差Δx或Δy，确定待测物体到第一拍摄装置的镜头中心和第二拍摄装置的镜头中心的连线的垂直距离h，包括：利用如下公式：

$h=\frac{d*f}{(x_L-x_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δx}*\cos \mathrm{\θ}}-f$ 或 $h=\frac{d*f}{(y_L-y_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δy}*\cos \mathrm{\θ}}-f$

确定距离h，其中x_L和y_L是第一像点的横坐标和纵坐标，x_R和y_R是第二像点的横坐标和纵坐标，d是第一拍摄装置摄像头的镜头中心和第二拍摄装置摄像头的镜头中心之间的距离，f是第一拍摄装置和第二拍摄装置的焦距，θ是第一夹角的余角，第一夹角等于第二夹角，第一拍摄装置和第二拍摄装置完全相同。

示例性地，在本发明的实施例中，拍摄装置可以是任何具有拍摄功能的装置，例如，数码相机、摄像头、摄像机等。

示例性地，该测距方法可以采用根据本发明实施例的三维摄像头模组进行。下面结合图9对采用根据本发明实施例的测距方法进行详细说明。

这里，应该注意的是，以下以根据本发明实施例的三维摄像头模组为例对测距方法进行了描述，实际上以下也同样使用其他拍摄装置。

如图9所示，第一摄像头21和第二摄像头22相对于两个摄像头镜头中心的连线O1O2倾斜设置且关于通过连线O1O2的中点且与之垂直的轴PS对称设置，也就是，第一摄像头21和第二摄像头22相对于连线O1O2具有相同的倾角θ≠0，并且第一摄像头21和第二摄像头22为相同的摄像头，具有相同的焦距f。进一步地，待测物体41与两个摄像头镜头中心的连线的垂直距离为h，第一摄像头21的光轴为A1，第二摄像头的光轴为A2，待测物体41在第一摄像头21上的第一像点为I1(x_L，y_L)，在第二摄像头22上的第二像点为I2(x_R，y_R)。这里，x_L和y_L分别是像点I1的横坐标和纵坐标，x_R和y_R分别是像点I2的横坐标和纵坐标，x_L、y_L、x_R和y_R例如以像素数为单位。

这里，需要说明的是，由于第一摄像头和第二摄像头的倾角较小，且为了便于说明，将第一摄像头21和第二摄像头的光轴近似为平行于待测物体到两个摄像头中心的连线的垂直线；第一像点的坐标x_L和y_L分别是以第一摄像头21的最左端点为坐标原点，以平行于第一摄像头21的线为x轴，垂直于第一摄像头21的线为y轴而得到的，而第二像点的坐标x_R和y_R分别是以第一摄像头22的最左端点为坐标原点，以平行于第一摄像头22的线为x轴，垂直于第一摄像头22的线为y轴而得到的。

进一步地，这里应该注意的是，本发明的实施例中的待测物体41可以视作为一个空间点，而在第一摄像头和第二摄像头上的第一像点和第二像点实际上是指在两个摄像头的图像传感器上所形成的，图9中为了简化，将第一像点和第二像点示出为在第一摄像头21和第二摄像头22上。

示例性地，在本发明的实施例中，步骤S2包括：利用公式：

$h=\frac{d*f}{(x_L-x_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δx}*\cos \mathrm{\θ}}-f$ 或 $h=\frac{d*f}{(y_L-y_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δy}*\cos \mathrm{\θ}}-f$

计算距离h，其中d是第一摄像头21和第二摄像头22的间距。

假设两个摄像头位于同一水平面上，则第一像点I1和第二像点I2在y方向，即，垂直方向的视差Δy＝y_L-y_R为0，二者只在x方向，即，水平方向存在视差Δx＝x_L–x_R。进一步地，如图9所示，三角形AI1I2和ABC为近似三角形，这里还应该注意的是，由于摄像头的倾角较小，为了便于简化计算，在本发明的实施例，第一摄像头21的第一光轴A1和第二摄像头的第二光轴A2近似认为平行于垂直于连线O1O2的轴PS，且摄像头的焦距f为在轴PS上的距离。

这样，根据三角形相似原理可以得到：

$\frac{\mathrm{BC}}{\mathrm{AE}}=\frac{I1I2}{\mathrm{AD}}$    公式(1)

由图9可以看出，BC＝d，AD＝f，AE＝h+f。此外，对于I1I2，由图9可见，摄像头之间的间距为d，则摄像头最左边缘之间的间距也为d，则I1I2＝d+x_R*cosθ-x_L*cosθ。

然后，将以上各量带入公式(1)，可以得到如下：

$\frac{d}{h+f}=\frac{(d+x_R*\cos \mathrm{\θ})-x_L*\cos \mathrm{\θ}}{h}$    公式(2)

由公式(2)可以计算得到待测物体41到第一摄像头的镜头中心和第二摄像头的镜头中心的连线的垂直距离h。

$h=\frac{d*f}{(x_L-x_R)*\cos \mathrm{\θ}}-f=\frac{d*f}{\mathrm{\Δx}*\cos \mathrm{\θ}}-f$    公式(3)

示例性地，假设两个摄像头布置在同一竖直线上，则第一像点I1和第二像点I2只在y方向上存在视差Δy＝yL-yR，与已知x方向上的视差的情况相同，可以得到第一摄像头的镜头中心和第二摄像头的镜头中心的连线的垂直距离h，由公式(4)计算得到。

$h=\frac{d*f}{(y_L-y_R)*\cos \mathrm{\θ}}-f=\frac{d*f}{\mathrm{\Δy}*\cos \mathrm{\θ}}-f$    公式(4)

此外，为了进行比较，与根据本发明实施例的摄像头倾斜设置时根据视差计算得到距离h的原理一致，摄像头未倾斜设置时可以根据公式(5)由视差计算得到距离h。

$h=\frac{d*f}{(x_L-x_R)}-f=\frac{d*f}{\mathrm{\Δx}}-f$    公式(5)

通过比较公式(5)和公式(3)可见，在相同的d和f的情况下，如果摄像头倾斜设置，也就是，具有倾角θ，则相同的视差代表更大的距离，从而增加了探测距离。这也就意味着：相同的双摄像头距离，可以探测更远的距离。

这里，探测精度指的是Δx增加1所代表的距离值，由以上可知，对于相同的待测物体，即，在h相同的情况下，

$\frac{d*f}{{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{\θ}}*\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\θ}}}=\frac{d*f}{{\mathrm{\Δx}}_0}\→{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{\θ}}*\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\θ}}={\mathrm{\Δx}}_0\→{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{\θ}}>{\mathrm{\Δx}}_0$

其中Δx_θ为摄像头的倾角为θ时x方向的视差，Δx₀为摄像头未倾斜设置时x方向的视差，由以上可以看出，在具有倾角的情况下的Δx更大，这就意味着更容易被图像传感器，例如，CMOS或CCD识别出来，因此测距精度更高。

应该注意的是，第一摄像头21和第二摄像头22相对于连线O1O2的倾角也可以不相等，这里为了方便描述，仅示出了倾角相同的情况。

根据本发明实施例采用以上任意所述的三维摄像头模组的测距方法，通过将两个摄像头相对于这两个摄像头的镜头中心的连线倾斜设置，能够扩大同一物体在两个摄像头中所形成影像之间的视差，由此，能够提升远距离物体的测距精度。另外，本发明的实施例还提供一种的终端设备，包括以上本发明实施例任意所述的三维摄像头模组。

根据本发明实施例的终端设备还包括：外壳，三维摄像头模组设置在外壳内部或外部。

例如，在三维摄像头模组设置在外壳内部的情况下，外壳中开设有摄像头孔，三维摄像头模组的两个摄像头通过摄像头孔暴露到外部，摄像头孔可以为一个，同时露出两个摄像头，或者摄像头可以为两个，分别暴露两个摄像头。进一步地，三维摄像头模组可以与终端设备公用基板。例如，三维摄像头模组的基板可以是终端设备的安装有驱动电路的印刷电路板。或者，三维摄像头的基板可以通过螺栓连接、铆接等固定到终端设备的外壳内部的支架等。例如，当终端设备为液晶显示器或有机电致发光显示器时，三维摄像头模组的基板就是安装有栅极驱动电路和/或数据线驱动电路的印刷电路板，或者，其基板固定到安装有栅极驱动电路和/或数据线驱动电路的印刷电路板。

例如，在三维摄像头模组设置在外壳外部的情况下，三维摄像头模组还包括壳体，其中容置三维摄像头模组的透镜组、图像传感器和数字信号处理器等，该三维摄像头模组通过导线、USB接口、串行接口或并行接口连接到终端设备的主控电路。例如，所述设备还包括例如显示屏等输出设备。

示例性地，根据本发明实施例的终端设备可以是平板电脑、智能手机、笔记本、台式机、导航仪等，当然根据本发明实施例的三维摄像头模组也可以应用于其他终端设备，本发明的实施例对此不做限定。

另外，应该注意的是，本发明的实施例中仅是以设置两个摄像头的两视点三维摄像头模组、终端设置和采用两个摄像头的测距方法为例进行的描述，但是本发明实施例的技术方案也同样适用于多个摄像头构成的三维摄像头模组、终端设置和采用多个摄像头的测距方法，例如，其中部分摄像头倾斜而其余摄像头不倾斜，或者全部摄像头均倾斜等，本发明的实施例并不对此进行限定。另外，应该注意的是，本发明实施例中的摄像头的光轴是指主光轴，是摄像头所包括的透镜组中共轴的各透镜的透镜中心的连线。

根据本发明实施例的包括如上所述的三维摄像头模组的终端设备，通过将两个摄像头相对于这两个摄像头的镜头中心的连线倾斜设置，能够扩大同一物体在两个摄像头中所形成影像之间的视差，由此，能够提升远距离物体的测距精度。而且，从而在不增加三维摄像头模组的尺寸的情况下，实现测距精度的提高，有利于实现终端设备的小型化、超薄化，提高便携程度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种三维摄像头模组，包括：

基板；

第一摄像头，安装在所述基板上且朝向第一方向；

第二摄像头，安装在所述基板上且朝向所述第一方向，

其中，所述第一摄像头的第一光轴和所述第二摄像头的第二光轴相对于所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线倾斜，所述第一光轴相对于所述连线第一夹角，所述第二光轴相对于所述连线第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角至少之一不为90°。

2.如权利要求1所述的三维摄像头模组，其中所述第一夹角等于所述第二夹角。

3.如权利要求1所述的三维摄像头模组，其中所述第一摄像头和所述第二摄像头相对于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称设置。

4.如权利要求2所述的三维摄像头模组，其中所述第一夹角大于70°且小于90°。

5.如权利要求1-4中任一项所述的三维摄像头模组，还包括：

存储单元，用于存储所述第一摄像头和所述第二摄像头拍摄的图像信息；

处理单元，用于处理所述图像信息；以及

控制单元，用于控制所述第一摄像头和所述第二摄像头的拍摄动作。

6.如权利要求1-4中任一项所述的三维摄像头模组，其中所述第一摄像头包括：第一透镜组和第一图像传感器，

所述第二摄像头包括：第二透镜组和第二图像传感器。

7.如权利要求6中所述的三维摄像头模组，还包括：视角补偿透镜单元，用于增加所述三维摄像头模组的有效视角。

8.如权利要求2-4中任一项所述的三维摄像头模组，还包括：装载台，设置在所述第一摄像头和所述第二摄像头与所述基板之间，

其中所述装载台的设置有所述第一摄像头的侧面和设置有所述第二摄像头的侧面相对于所述基板倾斜，且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

9.如权利要求2-4中任一项所述的三维摄像头模组，还包括：两个装载台，分别设置在所述第一摄像头与所述基板之间以及所述第二摄像头与所述基板之间，

其中所述两个装载台的设置有所述第一摄像头的侧面和设置有所述第二摄像头的侧面相对于所述基板倾斜，且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

10.如权利要求8或9所述三维摄像头模组，其中所述基板是印刷电路板或柔性电路板。

11.如权利要求2-4中任一项所述的三维摄像头模组，还包括：两个印刷电路板，每个印刷电路板相对于所述基板倾斜，

其中一个印刷电路板上设置有所述第一摄像头，另一个印刷电路板上设置有所述第二摄像头，所述两个印刷电路板关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

12.如权利要求11所述的三维摄像头模组，其中所述基板的设置有所述第一和第二摄像头的一侧形成有关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称的斜坡。

13.如权利要求11所述的三维摄像头模组，还包括：两个装载台，分别设置在所述两个印刷电路板与所述基板之间，

其中所述两个装载台的设置有所述第一摄像头的侧面和设置有所述第二摄像头的侧面相对于所述基板倾斜，且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

14.如权利要求11所述的三维摄像头模组，还包括：装载台，设置在所述两个印刷电路板与所述基板之间，

其中所述装载台的设置所述第一摄像头的侧面和设置有所述第二摄像头的侧面相对于所述基板倾斜，且关于通过所述第一摄像头的镜头中心和所述第二摄像头的镜头中心的连线的中点且与所述连线垂直的轴对称。

15.如权利要求2-4中任一项所述的三维摄像头模组，其中所述第一摄像头和所述第二摄像头是相同的摄像头。

16.一种终端设备，包括：如权利要求1-4中任一项所述的三维摄像头模组。

17.如权利要求16所述的终端设备，还包括：外壳，

其中所述外壳中形成有摄像头孔，所述三维摄像头模组设置在所述外壳内且所述第一摄像头和所述第二摄像头通过所述摄像头孔暴露到外部。

18.如权利要求16所述的终端设备，还包括：外壳，

其中所述三维摄像头模组安装在所述外壳外部。

19.一种测距方法，包括：

利用第一拍摄装置和第二拍摄装置分别采集待测物体的影像；

根据所述待测物体在所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置中所成的第一像点和第二像点的坐标之差Δx或Δy，确定所述待测物体到所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心的所述连线的垂直距离h，

其中所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置朝向同一个方向，且所述第一拍摄装置的第一光轴和所述第二拍摄装置的第二光轴相对于所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心的连线倾斜，所述第一光轴相对于所述连线具有第一夹角，所述第二光轴相对于所述连线具有第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角至少之一不为90度。

20.如权利要求19所述的测距方法，其中所述第一夹角等于所述第二夹角，所述根据所述待测物体在所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置中所成的第一像点和第二像点的坐标之差Δx或Δy，确定所述待测物体到所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心的所述连线的垂直距离h，包括：利用公式：

$h=\frac{d*f}{(x_L-x_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δx}*\cos \mathrm{\θ}}-f$ 或 $h=\frac{d*f}{(y_L-y_R)*\cos \mathrm{\θ}}=\frac{d*f}{\mathrm{\Δy}*\cos \mathrm{\θ}}-f$

确定所述距离h，其中所述x_L和y_L是所述第一像点的横坐标和纵坐标，x_R和y_R是所述第二像点的横坐标和纵坐标，d是所述所述第一拍摄装置的镜头中心和所述第二拍摄装置的镜头中心之间的距离，f是第一拍摄装置和第二拍摄装置的焦距，θ是所述第一夹角的余角，所述第一夹角等于所述第二夹角，所述第一拍摄装置和所述第二拍摄装置完全相同。