【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三维成像系统。
技术介绍
1、深度成像系统的现有实现之一基于投射在场景上的结构或线条，这些结构或线条由成像系统成像。
2、在工业应用中，例如在基于输送机的系统中，在输送带上投射固定的线条，并且待扫描的物体穿过激光光幕。高速成像系统(帧速率约为1kps的量级)监测投射的线条的失真，并推断投射线条处的物体的深度剖面。
3、对于输送系统，沿着物体的扫描速度由输送机的速度定义，输送机的速度通常相对于成像系统帧速率较慢。
4、当激光线扫描场景时，例如通过1d mems系统在场景上投射移动的激光线，相同类型的传感器并不适合。假设刷新率为100hz，横向分辨率为800条激光线，传感器系统需要在12.5us内对每条线进行成像，意味着帧速率为80khz。这超出了当今典型系统的技术能力。
5、英特尔设计的第一代realsense相机实现了这一问题的解决方案。代替独立地对每条线进行成像，每个成像帧观察投射在场景上的一组线条。例如，当mems激光扫描设备以10khz用激光线扫描场景时，该激光线每10ms通过视场100次。激光线功率被调制或脉冲化使得照明设备投射一起被成像的一组线条。
6、缺点在于感测速度和延迟不再由照明来定义，而是仍然由将帧速率强加给系统的传感器系统来定义。
7、另外，需要足够的照明功率，以在诸如户外环境之类的强环境光条件下操作该系统。
8、本专利技术构想出一种优化的传感器，通过能够使用仅10纳秒的曝光对激光线进行成像，同时即使在环境光条件
技术实现思路
1、本专利技术的第一方面涉及用于确定视场的深度剖面的方法，该方法包括以下步骤：
2、o借助投影仪(5)将至少一个光图案投射到视场上，投射发生在小于10μsec优选地小于1μsec的时间窗口内；
3、o借助在所述时间窗口内的至少一个观察窗口期间与图案的投射同步的相机传感器(4)和光学器件对投射图案进行成像，所述相机传感器包括像素的矩阵(1)，每个像素包括光电探测器，所述像素(9)在对应光电探测器没有检测到光时处于假状态，而在对应光电探测器检测到光时处于真状态，从而获得表示视场的像素的第一个二值矩阵；
4、o通过仅考虑在所述时间窗口内的一次观察或至少两次观察的组合中获得的像素的矩阵(1)上处于真状态的、具有也处于真状态的至少一个相邻像素的像素，在像素的二值矩阵上将投射图案与环境光噪声(10)分离，从而获得表示投射图案的像素的第二个二值矩阵；
5、o基于投影仪(5)位置、相机(4)位置和像素的第二个二值矩阵之间的三角测量来计算与投射图案对应的深度剖面；
6、o通过在整个视场上重复步骤a～d来扫描投射图案，以确定整个视场上的深度剖面；
7、其中图案的每个隔离的元素在至少两个连续像素上在二值表示中延伸。
8、本专利技术的方法的优选实施例包括以下特征中的一个特征或不止一个特征的适当组合：
9、-投射图案包括至少一条连续线，通过仅考虑形成至少一条连续线的真像素来将投射图案与环境噪声分离的步骤；
10、-同时投射不止一条连续线；
11、-投射的连续线是在整个视场上或者在它形成感兴趣区域的局部部分上顺序扫描的直线；
12、-使直线在预定方向中定向，将直线与环境噪声分离的步骤使用预定方向来分析相邻像素是投射的直线的一部分的概率；
13、-像素是投射图案的一部分的概率由经过训练的神经网络确定；
14、-两个连续投射之间的投射图案的位移对应于小于一个像素宽度，通过连续线扫描之间的确定深度的插值来提高深度分辨率。
15、-投射线是通过在视场上移动至少一个激光束而产生的；
16、-每个光电探测器包括单光子探测器。
17、本专利技术的第二方面涉及实现本专利技术的方法的深度成像系统：
18、-成像设备，包括像素的矩阵，每个像素包括能够检测撞击到其上的单光子的光电探测器和能够在像素的矩阵上形成视场的图像的光学器件，所述单光子探测器具有在时间帧内当检测到光子时为真的二值逻辑状态和当没有检测到光子时为假的逻辑状态；
19、-投影仪，能够在小于10μsec优选地小于1μsec的时间窗口内投射图案；
20、-控制器，使投影仪时间窗口和成像设备时间帧同步；
21、-逻辑，在使用中，确定在时间帧期间处于真状态的连续像素的存在，并计算与所述连续像素对应的深度剖面。
22、优选地，投影仪被布置为在预定方向上投射线条，以改善逻辑进行的线检测。
23、有利地，像素的矩阵包括第一层和第二层，第一层包括单光子探测器，第二层包括邻域测试电路，该邻域测试电路被布置为使得只有当对应的单光子探测器和至少一个相邻的单光子探测器同时处于真状态时，第二层电路的输出才为真，从而确定哪些像素具有处于真逻辑状态的至少一个连续像素。
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1.一种用于确定视场(7)的深度剖面的方法，所述方法包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其中投射图案包括至少一条连续线，通过仅考虑形成至少一条连续线的真像素来将投射图案与环境噪声分离的步骤。
3.按照权利要求2所述的方法，其中同时投射不止一条连续线。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其中投射的连续线是在整个视场上或在它形成感兴趣区域的局部部分上顺序扫描的直线(8)。
5.按照权利要求4所述的方法，其中使直线沿预定方向定向，将直线与环境噪声分离的步骤使用该预定方向来分析相邻像素是投射的直线(8)的一部分的概率。
6.按照前述权利要求任意之一所述的方法，其中像素(9)是投射图案的一部分的概率由经过训练的神经网络确定。
7.按照前述权利要求任意之一所述的方法，其中两个连续投射之间的投射图案的位移对应于小于一个像素宽度，通过连续线扫描之间的确定深度的插值来提高深度分辨率。
8.按照权利要求2～7任意之一所述的方法，其中投射线是通过在视场上移动至少一个激光束而产生的。
9.按照前述权
10.一种实现按照前述权利要求任意之一所述的方法的深度成像系统，所述系统包括：
11.按照权利要求10所述的深度成像系统，其中所述投影仪(5)被布置为在预定方向上投射线(8)，以改善所述逻辑进行的线检测。
12.按照权利要求10或11所述的深度成像系统，其中像素的矩阵(1)包括第一层和第二层，第一层包括单光子探测器，第二层包括邻域测试电路，所述邻域测试电路被布置为使得只有当对应的单光子探测器和至少一个相邻的单光子探测器同时处于真状态时，第二层电路的输出才为真，从而确定哪些像素具有处于真逻辑状态的至少一个连续像素。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于确定视场(7)的深度剖面的方法，所述方法包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其中投射图案包括至少一条连续线，通过仅考虑形成至少一条连续线的真像素来将投射图案与环境噪声分离的步骤。
3.按照权利要求2所述的方法，其中同时投射不止一条连续线。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其中投射的连续线是在整个视场上或在它形成感兴趣区域的局部部分上顺序扫描的直线(8)。
5.按照权利要求4所述的方法，其中使直线沿预定方向定向，将直线与环境噪声分离的步骤使用该预定方向来分析相邻像素是投射的直线(8)的一部分的概率。
6.按照前述权利要求任意之一所述的方法，其中像素(9)是投射图案的一部分的概率由经过训练的神经网络确定。
7.按照前述权利要求任意之一所述的方法，其中两个连续投射之间的投射图案的位移对应于小于一个像素宽度，通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：W·万德藤佩尔，J·W·佩特斯，A·B·米奥德兹基，C·穆拉德，
申请(专利权)人：体素传感器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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