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具有灵活扫描图案的飞行时间深度映射制造技术

技术编号:18953725 阅读:32 留言:0更新日期:2018-09-15 14:02
本发明专利技术公开了一种成像装置(20),该成像装置包括获取场景的图像的图像传感器(24),和包括光发射器(34)的扫描器(22),光发射器(34)发出朝向场景的光脉冲序列,以及光接收器(48),其接收从该场景反射的光脉冲并生成指示该脉冲的相应飞行时间的输出。扫描光学器件(40,44)被配置为以覆盖所述场景内的非矩形区域并包含在该非矩形区域内的扫描图案(32)在场景上方扫描光脉冲。处理器(26,54)识别场景的图像中的对象(30),限定非矩形区域以便包含所识别的对象并且处理光接收器的输出以便提取对象的三维(3D)图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有灵活扫描图案的飞行时间深度映射
本专利技术整体涉及用于投射并捕获光学辐射的方法和设备,并且更具体地涉及光学3D映射。
技术介绍
在现有技术中已知用于光学3D映射的各种方法,即通过处理从对象反射的光来生成对象的表面的3D轮廓。此类3D轮廓也被称为3D图、3D图像、深度图或深度图像,并且3D映射也被称为深度映射。在本说明书和权利要求书的上下文中使用的术语“光”是指任何可见光、红外光和紫外线范围内的光学辐射。例如,美国专利申请公开2011/0279648描述了一种用于构造受检对象的3D表示的方法,其包括利用相机来捕获受检对象的2D图像。该方法还包括在受检对象上方扫描经调制的照明光束以一次一个地照射受检对象的多个目标区域,以及测量来自从每个目标区域反射的照明光束的光的调制方面。使用移动镜光束扫描器来扫描照明光束,并使用光电探测器来测量调制方面。该方法还包括基于为每个目标区域测量的调制方面来计算深度方面,以及将深度方面与2D图像的对应像素相关联。又如,美国专利申请公开2013/0207970描述了一种映射装置,其包括发出包含光的脉冲的光束的发射器和被配置为在场景上方在预定义的扫描范围内扫描光束的扫描器。接收器接收从场景反射的光并生成用于指示往返于场景中的点的脉冲的飞行时间的输出。处理器被耦接以控制扫描仪,以便使光束在扫描范围内的选定窗口上方进行扫描并处理接收器的输出以便生成位于选定窗口内的场景的一部分的3D图。
技术实现思路
本文下面描述的本专利技术的实施方案提供用于使用扫描光束的深度映射的改进的装置和方法。因此,根据本专利技术的实施方案,提供了一种包括图像传感器的成像装置,其被配置为获取场景的图像。一种扫描器,包括光发射器,该光发射器被配置为向该场景发射光脉冲的序列;和光接收器,该光接收器被配置为接收从场景反射的光脉冲并生成指示脉冲的相应飞行时间的输出。扫描光学器件被配置为以覆盖场景内的非矩形区域并包含在该非矩形区域内的扫描图案在场景上方扫描光脉冲。处理器被配置为识别场景的图像中的对象,限定非矩形区域以便包含所识别的对象,以及当扫描光学器件在非矩形区域上方扫描光脉冲时处理光接收器的输出,以便提取对象的三维(3D)图。在一些实施方案中,处理器被配置为处理图像以便描绘所识别的对象的外边界并限定非矩形区域以便与外边界重合。除此之外或另选地,装置包括用户界面,其被配置为接收指定该对象的输入,其中处理器被配置为响应于该输入识别对象。在一个实施方案中,用户界面包括触摸屏,并且处理器被配置为在触摸屏上显示所获取的图像。在公开的实施方案中,扫描光学器件包括第一扫描镜和第二扫描镜,其被配置为根据扫描图案旋转,其中第一扫描镜引导光脉冲序列沿着发射路径朝向场景,而第二扫描镜引导从场景反射的脉冲沿着与发射路径分离的返回路径朝向光接收器。在一个实施方案中,第一扫描镜和第二扫描镜与光发射器和光接收器一起包含在单个模块中。在另一个实施方案中,第一扫描镜和光发送器被包含在第一模块中,而第二扫描镜和光接收器被包含在与第一模块分离的第二模块中。除此之外或另选地,扫描器包括将来自光发射器的光脉冲反射到第一扫描反射镜的第一转向镜和将从场景反射的脉冲从第二扫描射镜反射到光接收器的第二转向镜。在一个实施方案中,扫描图案包括光栅图案,其包括不同相应长度的多个扫描线。在另一个实施方案中,扫描图案包括非光栅图案。根据本专利技术的实施方案,还提供了一种用于成像的方法,其包括获取场景的图像并识别场景的图像中的对象。定义了包含识别对象的场景中的非矩形区域,并且以覆盖该非矩形区域并包含在该非矩形区域内的扫描图案在场景上方扫描光脉冲序列。接收从场景反射的光脉冲,并且生成并处理指示脉冲的相应飞行时间的输出,以便提取对象的3D图。结合附图,从下文中对本专利技术的实施方案的详细描述将更完全地理解本专利技术,在附图中:附图说明图1是示意性地示出了根据本专利技术的实施方案的成像装置的框图;图2A是根据本专利技术的实施方案的扫描引擎的示意性侧视图;图2B是根据本专利技术的另一个实施方案的扫描引擎的示意性侧视图;图3是根据本专利技术的实施方案的光学扫描器的示意性侧视图。具体实施方式本领域已知的用于3D映射的技术和设备通常遭受低扫描速度和有限分辨率的问题。此外,处理场景的3D图以便将感兴趣的对象从混乱的背景中分割并分离可是一项困难的任务,结果往往是不精确的。在许多情况下,用户仅需要有关场景中感兴趣的某个对象的3D信息,并且3D图数据的其余部分是多余的。本文描述的本专利技术的实施方案提供了可特别是对将3D映射和处理资源聚焦在感兴趣的对象上有用的装置和方法。在所公开的实施方案中,图像传感器获取场景的图像,并且飞行时间(TOF)扫描器也扫描场景。扫描器包括光发射器,其向场景发射光脉冲序列;光接收器,其接收反射脉冲并生成指示脉冲的相应飞行时间的输出;和扫描光学器件,其能够以非矩形扫描图案在场景上方扫描光脉冲。在它覆盖场景内的非矩形区域并被包含在该非矩形区域内的意义上,扫描图案是场景中的“非矩形”,也被称为非矩形窗口。换句话讲,扫描图案不限于矩形区域或矩形对象。扫描图案可采取例如包括不同的相应长度的多个扫描线的光栅图案或非光栅图案的形式。处理器识别场景的图像中的对象,并限定包含识别对象的非矩形区域。例如,处理器可描绘图像中识别的对象的外边界,并且然后限定非矩形区域以便与该外边界重合。处理器引导扫描光学器件的扫描图案在该非矩形区域上方进行扫描,并且在该扫描期间处理光接收器的输出,以便提取对象的三维(3D)图。在一些实施方案中,该装置包括用户界面,其使装置的用户能够指定要映射的对象。例如,场景的图像可呈现在触摸屏或其他交互式显示器上,用户可在其上指向、勾勒或以其他方式选择对象。图1是示意性地示出了根据本专利技术的实施方案的执行2D成像和3D成像(换句话说,3D映射)两者的成像装置20的框图。装置20包括扫描引擎22和辅助相机24,扫描引擎和辅助相机被耦接到主处理器26并由该主处理器控制。尽管为了概念清楚而示出了装置20作为图1中的整体块,实际上,装置的组件可被集成到计算设备或多媒体设备中,例如,除了与装置20连接的那些功能之外,相机24和处理器26在其中执行其他功能。相机24捕获场景28的2D图像,其包含感兴趣的对象30(在该示例中为人的头部)。处理器26处理2D图像以便识别对象30,并且限定包含识别对象的场景28内的非矩形区域。处理器致使扫描引擎22以覆盖非矩形区域并包含在该非矩形区域内的扫描图案32在对象30上方扫描。在图示的示例中,图案32是光栅图案,其包括多个平行(或几乎平行)的扫描线,但是线具有不同的长度。另选地,引擎可以非光栅图案扫描该区域,诸如螺旋图案或者李萨如图案。扫描引擎22包括光发射器模块34,该光发射器模块沿着朝向场景28的发射路径发射光脉冲序列。在图示的示例中,模块34包括激光二极管36,激光二极管36由激光驱动器电路38控制以发射光辐射的一连串短脉冲。由发射器模块34发射的脉冲从第一扫描镜40反射,第一扫描镜由镜驱动器电路42控制以沿图案32扫描脉冲。第二扫描镜44引导从场景28反射的脉冲沿着与发射路径分离的返回路径朝向光接收器模块48。镜44由镜驱动器电路46控制,以与镜40同步扫描。另选地,可在发射路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像装置,包括:图像传感器,所述图像传感器被配置为获取场景的图像;扫描器,所述扫描器包括:光发射器,所述光发射器被配置为朝向所述场景发射光脉冲序列;光接收器,所述光接收器被配置为接收从所述场景反射的光脉冲并且生成指示该脉冲的相应飞行时间的输出;和扫描光学器件,所述扫描光学器件被配置为以覆盖所述场景内的非矩形区域并包含在所述非矩形区域内的扫描图案在所述场景上方扫描所述光脉冲;和处理器,所述处理器被配置为识别所述场景的所述图像中的对象,限定所述非矩形区域以便包含所识别的对象,以及处理当所述扫描光学器件在所述非矩形区域上方扫描所述光脉冲时所述光接收器的所述输出以便提取所述对象的三维(3D)图。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.29 US 14/698,9121.一种成像装置,包括:图像传感器,所述图像传感器被配置为获取场景的图像;扫描器,所述扫描器包括:光发射器,所述光发射器被配置为朝向所述场景发射光脉冲序列;光接收器,所述光接收器被配置为接收从所述场景反射的光脉冲并且生成指示该脉冲的相应飞行时间的输出;和扫描光学器件,所述扫描光学器件被配置为以覆盖所述场景内的非矩形区域并包含在所述非矩形区域内的扫描图案在所述场景上方扫描所述光脉冲;和处理器,所述处理器被配置为识别所述场景的所述图像中的对象,限定所述非矩形区域以便包含所识别的对象,以及处理当所述扫描光学器件在所述非矩形区域上方扫描所述光脉冲时所述光接收器的所述输出以便提取所述对象的三维(3D)图。2.根据权利要求1所述的装置,其中所述处理器被配置为处理所述图像以便描绘所识别的对象的外边界,并且限定所述非矩形区域以便与所述外边界重合。3.根据权利要求1所述的装置,还包括用户界面,所述用户界面被配置为接收指定所述对象的输入,其中所述处理器被配置为响应于所述输入来识别所述对象。4.根据权利要求3所述的装置,其中所述用户界面包括触摸屏,并且其中所述处理器被配置为在所述触摸屏上显示所获取的图像。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置,其中所述扫描光学器件包括被配置为根据所述扫描图案旋转的第一扫描镜和第二扫描镜,其中所述第一扫描镜引导所述光脉冲序列沿着发射路径朝向所述场景,而所述第二扫描镜引导从所述场景反射的脉冲沿着与所述发射路径分离的返回路径朝向所述光接收器。6.根据权利要求5所述的装置,其中所述第一扫描镜和所述第二扫描镜与所述光发射器和所述光接收器一起包含在单个模块中。7.根据权利要求5所述的装置,其中所述第一扫描镜和所述光发射器包含在第一模块中,而所述第二扫描镜和所述光接收器包含在与所述第一模块分离的第二模块中。8.根据权利要求5所述的装置,其中所述扫描器包括第一转向镜和第二转向镜,所述第一转向镜将来自所述光发射器的所述光脉冲反射到所述第一扫描镜,所述第二转向镜将从所述场景反射的脉冲从所述第二扫描镜反射到所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·纳瓦斯拉S·T·史密斯
申请(专利权)人:苹果公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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