用于增强深度传感器装置的系统和方法制造方法及图纸

本公开涉及用于增强深度传感器装置的系统和方法。一种示例性深度成像装置包括：光学传感器，具有光轴；透镜，定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其尺寸被设计成将不同的相位延迟引入到光的波前中；以及壳体，其将矩阵固定在光学传感器和透镜之间。所述装置还包括耦合到处理子系统的通信总线，所述处理子系统引导光学传感器捕捉场景的至少两个不同景象，以创建指示场景内深度的输出图像。所述装置包括将装置的光学部件耦合到壳体的定位系统。所述光学部件可以包括透镜、光学传感器和矩阵中的至少一个。还提供了其他相关系统和方法。

System and Method for Enhanced Depth Sensor Device

【技术实现步骤摘要】
用于增强深度传感器装置的系统和方法
本公开涉及用于增强深度传感器装置的系统和方法。
技术介绍
成像系统可以在多种应用中使用光学传感器来捕捉图像、视频和表征场景或场景内的对象的其他信息。然而，传统的光学传感器装置和系统可能具有多种限制。例如，从可见光谱中的光捕捉标准图像的传统图像传感器可能不能提供场景的深度信息。相反，传统的飞行时间(ToF)传感器可能具有比其他图像传感器更低的分辨率，至少部分是由于解调反射信号以计算场景内的深度所需的电路。此外，一些传统的高光谱成像系统被设计成以牺牲空间分辨率为代价来提高光谱分辨率。因此，需要改进的成像装置、系统和方法。
技术实现思路
如下面将更详细地描述的，本公开描述了允许捕捉和使用场景的多个景象以增加深度感测系统的分辨率的系统、装置和方法。例如，光学图像传感器能够生成图像，例如，深度图，所述图像具有沿着图像传感器的光轴的分辨率，即，深度分辨率。所公开的系统、装置和方法可以向普通的图像捕捉相机提供用于生成深度图，并且可以允许获得更高分辨率的深度图。在一个示例中，深度成像装置可以包括：光学传感器，具有光轴；透镜，被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其尺寸被设计成将至少两个不同的相位延迟引入到来自场景的光的波前中；以及壳体，可以将矩阵固定在光学传感器和透镜之间。深度成像装置还可以包括通信总线，其耦合到处理系统，所述处理系统可以引导光学传感器捕捉场景的至少两个不同景象，以创建指示场景内深度的输出图像。深度成像装置还可以包括定位系统。所述定位系统可以将深度成像装置的光学部件耦合到壳体。所述光学部件可以包括透镜、光学传感器或矩阵中的至少一个。在一些实现方式中，定位系统可以包括以下中的至少一个：通道，被配置为容纳光学部件的边缘；粘合剂，将光学部件相对于壳体固定在固定位置；或者定位部件，可操作为将光学部件可移动地定位成至少基本垂直于光轴。处理子系统可以被配置为通过以下方式来执行相位差异化处理的一部分：当光学部件处于第一位置时，捕捉第一图像；致动所述定位部件，以将光学部件从第一位置移动到第二位置；当光学部件处于第二位置时，捕捉第二图像；并且将所述第一图像和所述第二图像组合成具有表征所述场景的至少一部分的深度信息的输出图像。处理子系统还可以被配置成通过由第一图像和第二图像表示的场景的两个不同景象之间的三角测量将第一图像和第二图像组合成输出图像，以提供场景的深度图(深度映射)，作为输出图像。所述深度图可以包括场景的多个部分的深度尺寸值。所述第一和第二图像可以包括场景的深度图像，每个图像具有场景的三维表示。所述输出图像可以包括来自第一图像和第二图像的深度信息。在一些实现方式中，处理子系统可以被编程为：当光学部件处于第一位置时，捕捉第一图像；致动定位部件，以将光学部件从第一位置移动到第二位置；当光学部件处于第二位置时，捕捉第二图像；生成与第一位置和第二位置之间的图像数据对应的插值像素数据；并且将第一和第二图像与插值像素数据组合成输出图像，所述输出图像可以具有比第一图像或第二图像更高的分辨率。所述可变相位光学元件矩阵可以减小或细分所述光学传感器中包括的每个像素的瞬时视场(iFOV)，以提供更高的角度分辨率。深度成像装置还可以包括光源，该光源被配置为用红外波长范围内的光照射场景，所述红外波长范围被配置为用于深度感测。所述可变相位光学元件矩阵包括衍射光学元件(DOE)，所述衍射光学元件具有特征，所述特征的尺寸被设计成将至少两个不同的相位延迟引入到通过透镜接收的从场景反射的红外波长范围内的光的波前中，以至少部分地光学解调该光。深度成像装置还可以包括微透镜阵列，所述微透镜阵列设置在所述矩阵的顶表面上，以通过所述矩阵聚焦光。所述微透镜阵列的每个微透镜可以相对于存在于所述可变相位光学元件矩阵中的图案被一致地定位。在另一示例中，深度成像系统可以包括成像装置和光投影仪。成像装置可以包括：光学传感器，具有光轴；透镜，被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，被图案化成将至少两个不同的相位延迟引入到来自场景的光的波前中；以及壳体。所述壳体可以以下配置将矩阵固定在光学传感器和透镜之间，该配置使得光学图像传感器能够捕捉场景的至少两个不同景象，以产生输出图像。投光装置可以包括：光源，发射光；以及透镜，用于向场景引导来自光源的发射光，其中，所述场景反射发射光，以便产生反射光。在一些实现方式中，深度成像系统还可以包括光学传感器上方的滤光器层，所述滤光器层通过第一波长范围内的红外光。所述光源可以发射第一波长范围的红外光。深度成像系统还可以包括处理子系统，该处理子系统可以被编程为：使光源发射第一波长范围内的调制光信号；捕捉所述至少两个不同景象中的第一景象，作为第一图像；捕捉所述至少两个不同景象中的第二景象，作为第二图像；并且将第一图像和第二图像组合成输出图像，形成场景的三维图像。在另一示例中，一种用于生成深度图像的方法可以包括：将可变相位光学元件矩阵定位在至少基本垂直于光学传感器的光轴的第一位置；捕捉场景的至少两个不同景象；基于捕捉的场景的至少两个景象，确定场景的深度特征；并且生成场景的输出深度图像。所述输出深度图像可以表示场景的深度特征。矩阵可以设置在光学传感器和透镜之间，所述透镜被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上。光学传感器可用于捕捉场景的至少两个景象。在一些实现方式中，该方法还可以包括将所述可变相位光学元件矩阵定位在至少基本垂直于所述光轴的第二位置，使得所述光学传感器被定位成捕捉所述至少两个不同景象中的第二景象。捕捉所述场景的所述至少两个不同景象可以包括：当光学部件处于与第一景象相关联的第一位置时，捕捉第一图像；并且当光学部件处于与第二景象相关联的第二位置时，捕捉第二图像。所述光学部件可以包括透镜、光学传感器或可变相位光学元件矩阵中的至少一个。所述第一图像和所述第二图像可以均包括深度信息，使得所述第一和第二图像可以包括所述场景的三维表示。或者，所述第一图像和所述第二图像并不均包括深度信息，使得所述第一和第二图像可以仅包括所述场景的二维表示。该方法还可以包括将光信号发射到场景中，以从场景反射回透镜，其中，基于所捕捉的场景的至少两个景象确定场景的深度特征可以包括：确定光信号的相位特征，该相位特征包括指示光学传感器和场景的部分之间的距离的相位差。矩阵可以将具有第一相位延迟的一部分光引导到所述光学传感器的第一像素，并将具有第二相位延迟的一部分光引导到所述光学传感器的第二像素。在一些示例中，上述方法可以被编码为计算机可读介质上的计算机可读指令。例如，计算机可读介质可以包括一个或多个计算机可执行指令，当由计算装置的至少一个处理器执行时，这些指令可以使计算装置：将可变相位光学元件矩阵定位在至少基本垂直于光学传感器的光轴的第一位置；捕捉场景的至少两个不同景象；基于捕捉的场景的至少两个景象，确定场景的深度特征；并且生成场景的输出深度图像。可以通过移动或抖动可变相位光学元件矩阵来提供不同的景象。任何上述实施例的特征可以根据本文描述的一般原理彼此相结合地使用。通过结合附图和权利要求阅读以下详细描述，将更全面地理解这些和其他实施例、特征和优点。附图说明附图示出了几个示例性实施例并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深度成像装置，包括：光学传感器，具有光轴；透镜，被定位成将来自场景的光聚焦到所述光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其尺寸被设计成将至少两个不同的相位延迟引入到来自所述场景的光的波前中；壳体，将所述可变相位光学元件矩阵固定在所述光学传感器和所述透镜之间；通信总线，耦合到处理系统，所述处理系统引导所述光学传感器捕捉所述场景的至少两个不同景象，以创建指示所述场景内深度的输出图像；以及定位系统，将所述深度成像装置的光学部件耦合到所述壳体，所述光学部件包括所述透镜、所述光学传感器和所述可变相位光学元件矩阵中的至少一个。

【技术特征摘要】
2018.02.08 US 15/892,1501.一种深度成像装置，包括：光学传感器，具有光轴；透镜，被定位成将来自场景的光聚焦到所述光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其尺寸被设计成将至少两个不同的相位延迟引入到来自所述场景的光的波前中；壳体，将所述可变相位光学元件矩阵固定在所述光学传感器和所述透镜之间；通信总线，耦合到处理系统，所述处理系统引导所述光学传感器捕捉所述场景的至少两个不同景象，以创建指示所述场景内深度的输出图像；以及定位系统，将所述深度成像装置的光学部件耦合到所述壳体，所述光学部件包括所述透镜、所述光学传感器和所述可变相位光学元件矩阵中的至少一个。2.根据权利要求1所述的深度成像装置，其中，所述定位系统包括以下中的至少一个：通道，被配置为容纳所述光学部件的边缘；粘合剂，将所述光学部件相对于所述壳体固定在固定位置；或者有源定位部件，能够操作为将所述光学部件可移动地定位成垂直于所述光轴。3.根据权利要求2所述的深度成像装置，其中，所述处理系统被配置为通过以下方式捕捉所述至少两个不同的景象：当所述光学部件处于与第一景象相关联的第一位置时，捕捉第一图像；致动所述有源定位部件，以将所述光学部件从所述第一位置移动到第二位置；当所述光学部件处于与第二景象相关联的所述第二位置时，捕捉第二图像；以及将所述第一图像和所述第二图像组合成具有表征所述场景的至少一部分的深度信息的输出图像。4.根据权利要求3所述的深度成像装置，其中：所述处理系统还被编程为：通过由所述第一图像和所述第二图像表示的所述场景的两个不同景象之间的三角测量，将所述第一图像和所述第二图像组合成所述输出图像，以提供所述场景的深度图作为所述输出图像；以及所述深度图包括所述场景的多个部分的深度尺寸值。5.根据权利要求3所述的深度成像装置，其中：所述第一图像和所述第二图像包括所述场景的深度图像，每个深度图像包括所述场景的三维表示；并且所述输出图像包括来自所述第一图像和所述第二图像的深度信息。6.根据权利要求1所述的深度成像装置，其中，所述处理系统被编程为：当所述光学部件处于与第一景象相关联的第一位置时，捕捉第一图像；致动所述有源定位部件，以将所述光学部件从所述第一位置移动到第二位置；当所述光学部件处于与第二景象相关联的所述第二位置时，捕捉第二图像；生成与所述第一位置和所述第二位置之间的图像数据对应的插值像素数据；以及将所述第一图像、所述第二图像和所述插值像素数据组合成所述输出图像，所述输出图像具有比所述第一图像或所述第二图像更高的分辨率。7.根据权利要求6所述的深度成像装置，其中，所述可变相位光学元件矩阵减小所述光学传感器中包括的每个像素的瞬时视场(iFOV)。8.根据权利要求1所述的深度成像装置，还包括：光源，被配置为用红外波长范围内的光照射所述场景，所述红外波长范围被配置为用于深度感测；并且其中，所述可变相位光学元件矩阵包括衍射光学元件(DOE)，所述衍射光学元件具有特征，所述特征的尺寸被设计成将至少两个不同的相位延迟引入到通过所述透镜接收的从所述场景反射的所述红外波长范围内的光的波前中，以至少部分地光学解调所述光。9.根据权利要求1所述的深度成像装置，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：马诺杰·比库芒拉，安德鲁·马修·巴尔达居，奇纳·哈泽格，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US