3D信息获取设备、3D信息获取方法、成像设备及电子设备技术

本公开提供一种3D信息获取设备、3D信息获取方法、成像设备以及电子设备。该光信号接收设备包括：滤光器，具有分别用于预先从来自被摄物体的光中分离出波长不同的第一组光和第二组光的第一区域和第二区域；以及光电传感组件，其具有与第一区域和第二区域对应的第一光感测区域和第二光感测区域，用于分别感测第一组光以及第二组光。第一组光和第二组光分别在确定被摄物体的空间视角信息和深度信息时使用。根据本公开，通过滤光器获取的两组光，能够更加精确地得到图像深度信息以及具有较高空间分辨率的被摄物图像，从而可以得到较为精确的三维位置信息，并重构更加精确和清晰的三维图像。

【技术实现步骤摘要】

本公开的实施方式涉及成像技术，更具体地涉及一种用于获取被摄物体的三维(3D)信息设备、用于获取被摄物体的三维信息的方法、包括所述设备的成像设备以及包括所述成像设备的电子设备。
技术介绍
人类在视觉上可以直观感知的客观世界是三维的，其可以使用例如由相互正交的x轴、y轴和z轴所构成的笛卡尔坐标系来表示。通常为了方便起见，可以将该三维笛卡尔坐标系的原点视作是视点的位置，例如相机系统中的光心的位置，如图1所示。当前的主流成像设备大多采用投影成像的原理，其将三维的客观世界投影到二维的传感器件进行成像。然而，这种投影成像技术在传感器件上形成的图像是二维图像。这意味着丢失了深度维度(z轴)的信息，即传感器上形成的图像仅用二维的平面坐标系(x，y)表示，如图1所示。因而，如果被摄物体并未处于理想的对焦范围(即景深范围)内，形成的图像可能会出现模糊，造成感官上不舒服等各种问题。为此，在本领域中已经开始研究和探索三维成像技术。目前，用于获取被摄物体的深度信息的深度视频捕获技术主要包括主动式技术和被动式技术。根据主动式技术，将向被摄物体主动发射探测光线，接收由被摄物体反射回来的探测光线，并且对反射的光线进行分析，从而确定出深度信息。主动式成像技术例如包括激光扫描法、飞行时间(TOF)法、结构光原理等。然而，由于受到所发射的光和被摄物体自身的特性的影响，有时还是无法基于主动式成像技术来得到令人满意的图像。特别是对于高速运动的物体，难以得到准确的图像。被 动式技术与前述的主动式技术不同，它不需要从设备自身发出探测光线，而是通过对从被摄物体反射来的场景中的自然光或人造光源的光进行“编码”，来获取被摄场景的深度信息。被动式技术的示例包括例如光圈编码(即编码曝光)技术、光场相机等。通常，主动式技术以获得深度信息为目的，而被动式技术可以同时获得被摄物体的像以及深度信息两者。然而，由于相邻像素点之间点的点扩散函数(PSF)不同，运用光圈编码技术的深度恢复方法会引起混叠，从而影响到对每个像素的点扩散函数的精确估计。此外，虽然被动式成像克服了主动式技术共有的缺点，但由于被动式相机进光量小，并且每个深度层只能使用传感器中一个较小的区域，因此其图像的空间分辨率与一个单独的大透镜方案相比要小许多。而对于光场相机而言，由于其中配置的微透镜个数有限，其只能形成一定量的深度层数的图像，这也意味着其成像精度较低。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提供了一种改进的三维成像技术，以克服或者缓解现有技术的三维成像技术所存在的至少一部分缺陷。根据本公开的第一方面，提供了一种用于获取被摄物体的三维信息的设备。该设备包括滤光器，该滤光器具有分别用于预先从来自被摄物体的光中分离出第一组光和第二组光的第一区域和第二区域，所述第一组光的波长不同于所述第二组光的波长；以及光电传感组件，所述光电传感器具有与所述第一区域和所述第二区域对应的第一光感测区域和第二光感测区域，用于分别感测所述第一组光以及所述第二组光。感测的所述第一组光被配置用于在确定所述被摄物体的空间视角信息时使用，感测的所述第二组光被配置用于在确定所述被摄物体的深度信息时使用。而且进一步地，可以基于所述空间视角信息和所述深度来构建所述被摄物体的三维位置信息。在根据本公开的另一方面，提供了一种用于获取被摄物体的三维信息的方法。该方法包括：从来自被摄物体的光中分离出第一组光和 第二组光，其中所述第一组光的波长不同于所述第二组光的波长；采用单个光电传感器组件来感测所述第一组光以及所述第二组光；根据感测的所述第一组光确定被摄物体的空间视角信息；根据感测的所述第二组光确定被摄物体的深度信息；以及根据所述空间视角信息和所述深度信息，构建所述被摄物体的三维位置信息。根据本公开的再一方面，提供了一种成像设备。该成像设备包括根据上述本公开的方面所描述用于接收被摄物体的光信号的设备。根据本公开的又一方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括根据上述本公开的方面所描述的成像设备。根据本公开的实施方式，通过使用滤光器获取的分别用于确定空间视角信息和深度信息的两组光，能够得到精度更高的图像深度信息以及具有较高空间分辨率的被摄物图像，从而可以得到更加精确的三维位置信息，以便得到更加精确的三维图像。附图说明结合附图并参考以下详细说明，本公开各个实施方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显。贯穿整个附图，相同附图标记指示相同或者相似元件或部件，且在附图中：图1示意性地示出了现有技术中的二维投影成像原理的示意图；图2A和图2B示意性地示出根据本公开的一个实施方式用于获取被摄物体的三维信息的系统的示意图；图3示意性地示出了光圈编码技术的示意图；图4A示意性地示出了以获取精确的去失焦模糊图像为目标时的优化透光孔图板样式的示意图；图4B示意性地示出了现有技术中的示例透光孔图板式样的示意图；图4C示意性地示出了以获取精确的去失焦模糊图像为目标时示例的优化透光孔图板的频域性质的曲线图；图5A和图5B示意性地示出了以获取精确的场景深度信息为目标 时确定的优化透光孔图板式样的示意图；图5C和5D示意性地示出了获取场景深度信息时普通光圈下的模糊核频域特性与经最优透光孔图板编码后的光圈下的模糊核频域特性；图6A至图6R示意性地示出了现有技术中的各种滤光单元以及基于其而构建的本公开的滤光单元；图7A至图7H示意性地示出了由多个滤光单元构成的m×n的复合滤光组件；图8示意性地示出了光圈编码技术中的深度层标定的示例结果；图9A至图9D示意性地示出了经过去失焦模糊后得到的示例性结果图像的图示；图10示意性地示出了所确定的深度信息的效果图；图11示意性地示出了根据本专利技术的用于获取被摄物体的三维信息的方法的示意图；以及图12A至图12D示意性地示出了根据本专利技术的其他实施方式的光信号接收系统的示意图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述本公开的各个示例性实施方式。应当注意，这些附图和描述涉及的仅仅是作为示例的优选实施方式。应该指出的是，根据本公开的教导，本领域技术人员能够容易地设想出此处公开的结构和方法的替换实施方式，并且可以在不脱离本公开要求保护的公开的原理的情况下使用这些替代实施方式。应当理解，给出这些示例性实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。接下来，将首先参考图2A和图2B来描述根据本公开的一个实施方式的3D信息获取系统的示意图。如图2A所示，整个3D信息获取系统200包括被摄物体210，以及3D信息获取装置220。被摄物体 210可以是位于现实世界的三维空间中的任何将被拍摄的物体。所示出的3D信息获取装置220可以包括四个部分，即，深度信息捕获部分222、滤光器组件224、光电传感器组件226以及信号处理器228。深度信息捕获部分222是用于初始接收来自被摄物体的光并获得用于计算深度信息的光信号的组件，例如成像设备的镜头组件。其可以是现有技术中任何适当的深度信息捕获部分，诸如其可以是基于编码光圈、光场相机、TOF相机、激光扫描以及结构光技术的组件中的任何一种。也就是说，该深度信息捕获部分222可以包括若干实施方式，诸如基于光圈编码(Coded Aperture)技术的实施方式、基于光场相机的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获取被摄物体的三维信息的设备，包括：滤光器，具有分别用于预先从来自被摄物体的光中分离出第一组光和第二组光的第一区域和第二区域，所述第一组光的波长不同于所述第二组光的波长；以及光电传感组件，所述光电传感器具有与所述第一区域和所述第二区域对应的第一光感测区域和第二光感测区域，用于分别感测所述第一组光以及所述第二组光，其中感测的所述第一组光被配置用于在确定所述被摄物体的空间视角信息时使用，感测的所述第二组光被配置用于在确定所述被摄物体的深度信息时使用，以及所述被摄物体的三维位置信息基于所述空间视角信息和所述深度来构建。

【技术特征摘要】
2015.01.23 CN 20151003743811.一种用于获取被摄物体的三维信息的设备，包括：滤光器，具有分别用于预先从来自被摄物体的光中分离出第一组光和第二组光的第一区域和第二区域，所述第一组光的波长不同于所述第二组光的波长；以及光电传感组件，所述光电传感器具有与所述第一区域和所述第二区域对应的第一光感测区域和第二光感测区域，用于分别感测所述第一组光以及所述第二组光，其中感测的所述第一组光被配置用于在确定所述被摄物体的空间视角信息时使用，感测的所述第二组光被配置用于在确定所述被摄物体的深度信息时使用，以及所述被摄物体的三维位置信息基于所述空间视角信息和所述深度来构建。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一区域被配置为预先从来自所述被摄物体的光中分离出可见光的至少一部分以作为所述第一组光。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第二区域被配置为预先从来自被摄物体的光中分离出波长与所述第一组光的波长不同的所述可见光的第二部分或者不可见光以作为所述第二组光。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述可见光的第一部分包括红光、绿光、蓝光。5.根据权利要求3所述的设备，其中所述可见光的第二部分包括橙色、褐色、紫色光其中至少一种。6.根据权利要求3所述的设备，其中所述不可见光包括红外光、紫外光、X射线、伽马光其中至少一种。7.根据权利要求1至6其中任一项所述的设备，还包括辅助光源，其被配置为发射补充光以增强来自被摄物体的光的强度，从而增进对被摄物体的深度信息的获取。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述辅助光源包括闪光灯
\t和/或测距灯。9.根据权利要求1至6其中任一项所述的设备，进一步包括：具有编码图案的透光孔图板，其设置在所述滤光器之前，被配置为提供用于计算被摄物体的深度的光信息。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述透光孔图板被配置为使得所述第一组光基本完全通过，并且使得所述第二组光仅能通过所述透光孔图板的孔洞。11.根据权利要求9所述的设备，其中所述透光孔图板包含或者涂覆有能够预先至少部分滤除所述第一组光和所述第二组光之外的光的材料。12.根据权利要求9所述的设备，进一步包括掩膜，所述掩膜被设置在所述透光孔图板之前，用于预先对来自所述被摄物体的光进行稀疏采样。13.根据权利要求12所述的设备，进一步包括透镜，其设置在所述掩膜之前并且靠近所述掩模，其被配置用于接收来自被摄物体的光，并使所述的接收光通过掩模传至所述的透光孔图板。14.根据权利要求9所述的设备，进一步包括至少一个透镜，其设置在所述透光孔图板与所述滤光器之间，用于将来自所述透光孔图板的光聚焦至所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹汛，徐金杰，闫锋，李想，
申请(专利权)人：江苏南大五维电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32