一种双目分时显微立体成像系统的研制

　　1　引　　言

　　微电子机械中的微操作系统是一种以微机械要素单元技术为基础并具有操作功能的微电子机械实验系统。它完成微米尺度下的各种操作,大体由驱动器、 执行器、传感器、宏微接口和控制单元组成。其中,传感器是微观世界向宏观世界传递信息的通道。由于人们依赖视觉获取外部世界的绝大部分信息,所以视觉传感 器在微操作系统中担当着重要的角色。

　　目前,在微操作系统中应用广泛的视觉传感器是显微镜和CCD。显微镜通常为普通光学显微镜或体视显微镜。普通光学显微镜有较高的放大倍率,能分 辨出被观察物体的细节,但由于只有一条光路,因此呈现在眼前的是缺乏立体感的平面图像;体视显微镜有两条光路,可以观察到物体的立体像,但由于结构复杂放 大倍率不能做得很高,而且它只能供一个人观察,时间长了容易疲劳;将CCD与显微物镜对接,可以把图像显示在监视器上,但这也是平面图像,缺乏深度信息。 微操作系统进行空间的三维操作,希望视觉传感器输出立体图像。因此,将立体成像技术应用于微操作系统,显得十分必要。

　　本文介绍了双目立体成像的发展概况及基本原理,作者应用双目分时多路显示技术,研制了用于微操作系统中的显微立体成像系统,并对实施中的优点及不足做了讨论。

　　2　双目立体成像的发展概况及基本原理

　　光学、材料、电子以及计算机技术的发展推动着立体成像技术的进步。近期研究活跃的立体成像技术主要有[1]:1)透镜板三维成像;2)投影式三维显示;3)全息照相术;4)双目三维立体成像;5)三维自立体图像显示技术。

　　应用于微操作系统中的立体成像系统要求能够实时地显示微操作的动态过程。透镜板三维成像和全息照相术适用于静态图像的摄取和显示;三维自立体图 像显示技术也仅适用于单幅图像,并且立体融合困难,一部分人不能观察到立体像。这三种技术均不适于动态成像,因此无法在微操作系统中使用。投影式三维显示 需要多台放映机,并且由于最佳观察位置与放映机位置一致,所以必须用一个半反半透镜来观看投影像,不适于实时显示,故也不能用于微操作系统。借助于双目效 应的双目立体成像技术,可以用于实时显示。

　　双目效应之所以使人产生立体感觉,是由于人的双眼有6～7 cm的距离。当双眼同时观看同一物体时,就会在两只眼睛的视网膜上,留下稍有差异的两个不同的物像。这种差别称作“立体视差”。立体视差经视觉神经传给大 脑。同时,在观察远近大小的物体的过程中,眼球还要转动,调节两眼视轴会聚角度的大小和对物体进行扫描观察。这些观察过程中得到的空间视觉信息,再加上人 们观察客观物体的经验,一起反映给大脑,产生了对物体的立体感觉。