深度数据测量头、测量装置和测量方法制造方法及图纸

公开了一种深度数据测量头、测量装置和测量方法。所述测量头包括：投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧；以及同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列进行成像。由此，基于多幅条纹编码图案的可叠加匹配和双目成像无需依赖于特定标定平面的特性，提供了一种高灵活度的深度成像方案；同时利用条纹图像的一维特性，控制每一时刻进行成像的像素列范围，降低环境光对测量结果的不利影响。

【技术实现步骤摘要】
深度数据测量头、测量装置和测量方法
本专利技术涉及三维成像领域，具体地说，涉及一种深度数据测量头、测量装置和测量方法。
技术介绍
深度摄像头是一种采集目标物体深度信息的采集设备，这类摄像头广泛应用于三维扫描、三维建模等领域，例如，现在越来越多的智能手机上配备了用于进行人脸识别的深度摄像装置。虽然三维成像已经是领域内多年研究的热点，但现有的深度摄像头依然具有功耗高、体积大、抗干扰能力差、无法实现像素级甚至亚像素级实时成像等诸多问题。为此，需要一种改进的深度数据测量方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种深度数据测量头和测量系统，其通过主动投射的条纹编码结构光和双目成像的结合，基于多幅条纹编码图案的可叠加匹配和双目成像无需依赖于特定标定成像平面的特性，提供了一种高灵活度的像素级深度成像方案。本专利技术还通过成像和扫描的高度同步来去除环境光对深度测量结果的影响，从而进一步扩展本专利技术的可利用场景。根据本专利技术的一个方面，提出了一种深度数据测量头，包括：投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧；以及同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列进行成像。由此，利用条纹图像的一维特性，控制每一时刻进行成像的像素列的范围，从而降低环境光对测量结果的不利影响。由于像素列与扫描光的对应关系受到投射光的宽度、功率、速度、图像传感器的感光效率等诸多因素的影响，因此每次同步开启的像素列的数量例如可以基于标定操作来确定。优选地，同步装置可以包括用于测量所述投影装置的扫描位置的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。由此通过实时测量来提供高帧率所需的高精度同步。优选地，投影装置可以包括激光发生器，用于生成线型和/或红外激光，并且所述激光发生器进行高速开关以扫描投射与条纹编码相对应的明暗相间的结构光。由此，通过简单地激光发生器开关，实现对编码图案的精确控制。优选地，投影装置可以包括：以预定频率往复振动的微镜器件，用于以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型激光，其中，所述线型激光的长度方向是所述投射条纹的长度方向。由此，可以利用微镜器件高速、精确、紧凑且低功耗的特性，实现业界对深度摄像头的上述特性的需求。考虑到微镜器件相位振动的特性，可以在同步装置中包括用于实时测量所述微镜器件的振动相位的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。由此确保扫描和成像在极高频率下的同步。优选地，上述测量装置可以是一个或多个光电传感器，并且所述光电传感器以如下任一方式布置：布置在所述投影装置的不同出射路径上；布置在所述投影装置内的不同反射路径上；以及分别布置在所述投影装置内外的出射和反射路径上。可以合理选择光电传感器的布置方式，以使其在准确测量相位的同时，不对结构光的正常投影产生影响。优选地，每个所述图像传感器在所述投影装置每进行预定次数的扫描投射后完成一幅图像帧的成像。由此，通过多次扫描成像弥补投射结构光强度不足的问题。每个图像传感器中的像素都可以包括对应于所述当前扫描位置时同步开启的结构光图像帧存储单元，上述存储单元例如是用于存储电荷并基于电荷存储量以0或1输出的单元，也可以是能够输出灰度图的多阶存储单元。优选地，每个图像传感器中的像素各自包括多个这样的结构光图像帧存储单元，每个结构光图像帧存储单元分别用于对所述投射装置依次投射的不同图案的条纹编码结构光进行成像，以生成针对不同图案的一组图像帧，其中，所述一组图像帧被整体用于进行一次深度数据计算。由此，使其更适应条纹编码成像的特性，例如，可以在生成所述一组图像帧之后，直接基于每个像素中存储的多个0或1的值，进行第一和第二图像传感器之间的像素匹配；也可以根据多个灰度值，直接由数字运算模块进行数字运算以实现像素匹配。另外，为了对环境光进行成像(例如，二维灰度图像)，每个图像传感器中的像素还各自包括一个附加存储单元，附加存储单元用于在该像素的至少一个结构光图像帧存储单元开启时关闭，并在不接受所述结构光照射的至少部分时段开启，以使得所述图像传感器基于所述附加存储单元生成环境光图像帧。根据本专利技术的另一个方面，提出了一种深度数据测量装置，包括：如上任一项所述的深度数据测量头，以及与所述深度数据测量头相连接的处理器，用于根据所述第一和第二图像传感器的预定相对位置及其对所述结构光成像得到的第一和第二二维图像帧，确定所述拍摄区域中拍摄对象的深度数据。优选地，所述同步装置的至少部分同步功能由所述处理器实现。根据本专利技术的另一个方面，提出了一种深度数据测量方法，包括：向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；使用具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧其中，基于结构光条纹的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列进行成像；以及基于第一和第二二维图像帧求取所述拍摄区域内被测对象的深度数据。优选地，投射结构光可以包括使用激光发射器生成红外线型光；以及使用微镜器件以预定频率往复振动，从而以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型激光，其中，所述线型激光的长度方向是所述投射条纹的长度方向。优选地，测量方法还可以包括：实时测量所述微镜器件的振动相位以获取所述结构光条纹的扫描位置。优选地，测量方法还可以包括：基于标定操作确定每次同步开启的像素列的数量。优选地，测量方法还可以包括：使用每个图像传感器中的像素各自包括的多个结构光图像帧存储单元分别对依次投射的不同图案的条纹编码结构光进行成像，以生成针对不同图案的一组图像帧；以及直接基于每个像素中存储的多个0或1的值，进行第一和第二图像传感器之间的像素匹配。优选地，测量方法还可以包括：使用每个图像传感器中的像素各自包括的一个附加存储单元对在不接受所述结构光照射的至少部分时段进行成像，以使得所述图像传感器基于所述附加存储单元生成环境光图像帧。本专利技术的深度数据测量方案可以通过主动投射的条纹编码结构光和双目成像的结合，基于条纹编码图案的可叠加和双目成像无需依赖于特定成像平面的特性，提供了一种高灵活度的像素级深度成像方案。具体地，本专利技术还可以通过成像和扫描的高度同步来去除环境光对深度测量结果的影响，利用DMD实现线型光的高速扫描，从而进一步扩展本专利技术的可利用场景，提升成像速度和精度。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了利用条纹编码的结构光进行深度成像的原理。图2示出了投射条纹编码结构光的另一个例子。图3示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深度数据测量头，包括：/n投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；/n具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧；以及/n同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列进行成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种深度数据测量头，包括：
投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；
具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧；以及
同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列进行成像。


2.如权利要求1所述的测量头，其中，所述同步装置包括用于测量所述投影装置的扫描位置的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。


3.如权利要求1所述的测量头，其中，所述投影装置包括：
激光发生器，用于生成线型和/或红外激光，并且所述激光发生器进行高速开关以扫描投射与条纹编码相对应的明暗相间的结构光。


4.如权利要求3所述的测量头，其中，所述激光发生器生成亮度随时间变化的线型光，以投射明暗相间且明条纹亮度变化的结构光。


5.如权利要求3所述的测量头，其中，所述投影装置包括：
以预定频率往复振动的微镜器件，用于以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型激光，其中，所述线型激光的长度方向是所述投射条纹的长度方向。


6.如权利要求5所述的测量头，其中，所述同步装置包括用于实时测量所述微镜器件的振动相位的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。


7.如权利要求6所述的测量头，其中，所述测量装置是一个或多个光电传感器，并且所述一个或多个光电传感器以如下任一方式布置：
布置在所述投影装置的不同出射路径上；
布置在所述投影装置内的不同反射路径上；以及
分别布置在所述投影装置内外的出射和反射路径上。


8.如权利要求1所述的测量头，其中，基于标定操作确定每次同步开启的像素列的数量。


9.如权利要求1所述的测量头，其中，每个所述图像传感器在所述投影装置每进行预定次数的扫描投射后完成一幅图像帧的成像。


10.如权利要求1所述的测量头，其中，每个所述图像传感器中的像素包括对应于所述当前扫描位置时同步开启的结构光图像帧存储单元。


11.如权利要求10所述的测量头，其中，每个所述图像传感器中的像素各自包括多个结构光图像帧存储单元，每个结构光图像帧存储单元分别用于对所述投射装置依次投射的不同图案的条纹编码结构光进行成像，以生成针对不同图案的一组图像帧，其中，所述一组图像帧被整体用于进行一次深度数据计算。


12.如权利要求11所述的测量头，其中，所述存储单元是存储0或1值的二元存储器，并且在生成所述一组图像帧之后，直接基于每个像素中存储的多个0或1的值，进行第一和第二图像传感器之间的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏捷，梁雨时，
申请(专利权)人：上海图漾信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31