光学三维成像系统和彩色三维图像成像方法技术方案

本发明专利技术提供一种光学三维图像成像系统，其包括TOF传感器、RGB传感器、用于提供具有预设波长的测量光的主动光源和控制器，其中该控制器分别与该TOF传感器和该RGB传感器可通电地相连接，其中该TOF传感器被设置能够感应被测物体反射的该测量光，并生成相应深度检测数据，和该RGB传感器被设置能够感应被测物体反射的可见光，并生成相应RGB图像数据，其中该控制器被设置分别自该TOF传感器和该RGB传感器接收该深度检测数据和该RGB图像数据，并为该深度检测数据和该RGB图像数据建立相互之间的对应，以确定该RGB图像数据中的每个像素的三维空间信息。

【技术实现步骤摘要】
光学三维成像系统和彩色三维图像成像方法
本专利技术涉及光学三维成像
，尤其涉及一种能够实现彩色三维图像成像的三维成像系统。本专利技术进一步涉及一种彩色三维图像成像方法。
技术介绍
随着激光技术、计算机及图像处理技术的不断发展，光学三维测量技术在逐渐成熟。现有得到实用的光学三维测量技术可被分为接触式和非接触式两种，其中前者需要探针直接接触被测物体表面，而后者无需与被测物体发生直接接触。非接触三位测量技术基于原理可被分为三种：飞行时间法、干涉法和三角法。飞行时间法(TimeOfFlight，TOF)通过测量测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔t(常被称为脉冲测距法)或激光往返被测物体一次所产生的相位(相位差测距法)来实现对被测物体的三维测量，其中基于激光的相位差测距法因为其具有较高的精度、良好的普适性和易于小型化的优点，被广泛应用在手势控制、3D建模、汽车雷达和机器人视觉系统等多个领域。因此，基于激光测距的TOF三维测量技术主要是通过TOF深度相机捕捉被测物体反射的测量光，然后根据测量光由发出到被捕获之间的时间差来计算物体与TOF深度相机的距离。然而，现有的TOF深度相机在获取被测物体的深度信息和实现三维成像时，无法获得被测物体表面颜色。这限制了光学三维测量技术的广泛应用，尤其是限制了其在电子消费品的普及。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种用于彩色三维图像成像的三维成像系统，其中该三维成像系统能够生成彩色三维图像，从而给使用者带来更好体验。本专利技术的另一目的在于提供一种用于彩色三维图像成像的三维成像系统，其中该三维成像系统能够结合基于TOF三维测量技术的相位差测距法和RGB光学成像得到彩色光学三维图像。本专利技术的另一目的在于提供一种用于实现彩色三维图像成像的三维成像系统，其中该三维成像系统所得到的彩色三维图像具有较高的分辨率。本专利技术的另一目的在于提供一种用于彩色三维图像成像的三维成像系统，其中该三维成像系统所得到的彩色三维图像相对于普通图像具有更好的对比度。尤其是，被测物体不同位置和不同物体之间的对比度更加明显。本专利技术的另一目的在于提供一种用于彩色三维图像成像的三维成像系统，其中该三维成像系统所得到的彩色三维图像可直接用于被测物体的三维建模，且使用者无需再对根据彩色三维图像得到的三维模型表面进行色彩渲染。本专利技术的另一目的在于提供一种用于彩色三维图像成像的三维成像系统，其中该三维成像系统的成像并不影响现有的对目标图像的分割、标记和跟踪等应用。本专利技术的另一目的在于提供一种用于彩色三维图像成像的三维成像系统，其中本专利技术改进后的三维成像系统相对现有的三维成像系统并没有增加精密和复杂的部件。换句话说，本专利技术改进后的三维成像系统相对现有的三维成像系统增加的部件的生产成本低廉和结构简单。本专利技术的另一目的在于提供一种用于彩色三维图像成像的三维成像系统，其中本专利技术改进后的该三维成像系统的应用领域将更为广泛通过下面的描述，本专利技术的其它优势和特征将会变得显而易见，并可以通过权利要求书中特别指出的手段和组合得到实现。依本专利技术，前述以及其它目的和优势可以通过一种三维成像系统被实现，其中该三维成像系统包括：TOF传感器；RGB传感器；主动光源，用于提供具有预设波长的测量光；和控制器，其中该控制器分别与该TOF传感器和RGB传感器可通电地相连接，其中该TOF传感器被设置能够感应被测物体反射的所述测量光，并生成相应深度检测数据，和该RGB传感器被设置能够感应被测物体反射的可见光，并生成相应RGB图像数据，其中该控制器被设置能够分别自该TOF传感器和RGB传感器接收该深度检测数据和该RGB图像数据，并为该深度检测数据和该RGB图像数据建立相互之间的对应，以确定该RGB图像数据中的每个像素的三维空间信息。本专利技术进一步提供一种彩色三维图像成像方法，其包括以下步骤：(A)检测被测物体反射的测量光，并根据检测到的该测量光的深度(值)生成相应的深度检测数据；(B)检测被测物体反射的可见光，并根据检测到的该可见光的RGB数据生成相应的RGB图像数据，其中该RGB图像数据中的每个像素被定义为一个像素点；(C)映射被检测到的测量光的深度值至RGB图像数据形成的图像，其中每个深度值被定义为一个深度标记；(D)根据公式D＝D1*q1+…+Dn*qn，计算该RGB图像数据的每个像素点的深度，其中D为像素点的深度，D1…Dn分别为距离该像素点最近的N个深度标记，其中q值的计算公式为qi＝(1/Di)/((1/D1)+…+(1/Dn))；和(E)基于具有深度值的该RGB图像数据的像素点，实现被测物体的彩色三维成像。本专利技术进一步提供一种彩色三维图像成像方法，其包括以下步骤：(A)检测被测物体反射的测量光，并根据检测到的该测量光的深度(值)生成相应的深度检测数据，和根据TOF标定参数，校正TOF传感器生成的深度检测数据，以得到有效深度检测数据；(B)检测被测物体反射的可见光，并根据检测到的该可见光的RGB数据生成相应的RGB图像数据，和对RGB图像数据进行降噪处理，其中经过降噪处理后的该RGB图像数据中的每个像素被定义为一个像素点；(C)映射有效深度检测数据中测量光的深度值至RGB图像数据形成的图像，其中每个被映射深度值被定义为一个深度标记；(D)根据公式D＝D1*q1+…+Dn*qn，计算该RGB图像数据的每个像素点的深度，其中D为像素点的深度，D1…Dn分别为距离该像素点最近的N个深度标记，其中q值的计算公式为qi＝(1/Di)/((1/D1)+…+(1/Dn))；和(E)基于具有深度值的该RGB图像数据的像素点，实现被测物体的彩色三维成像。优选地，该步骤(A)和该步骤(B)没有先后顺序。本专利技术进一步提供一种彩色三维图像成像方法，其包括以下步骤：(a)检测被测物体反射的测量光，并根据检测到的该测量光的深度值生成相应的深度检测数据，其中该深度检测数据中的每个测量光的深度值被定义为一个深度标记；(b)检测被测物体反射的可见光，并根据检测到的该可见光的RGB数据生成相应的RGB图像数据，其中该RGB图像数据中的每个像素被定义为一个像素点；(c)确定与该深度检测数据的每个深度标记相对应的该RGB图像数据的像素点；(d)根据该深度检测数据中的每个深度标记相对应的该RGB图像数据的像素点的像素值，计算相应深度标记的像素值；和(e)基于具有像素值的深度标记，实现被测物体的彩色三维成像。通过对随后的描述和附图的理解，本专利技术进一步的目的和优势将得以充分体现。本专利技术的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。附图说明图1A是根据本专利技术较佳实施例的光学三维成像系统的结构示意图。图1B所示的是根据本专利技术较佳实施例的光学三维成像系统的控制器的结构示意图。图2是根据上述本专利技术较佳实施例的彩色三维图像成像方法的流程图。图3是根据上述本专利技术较佳实施例的被测物体表面深度检测方法的流程图，其中该被测物体表面深度检测方法被用于彩色三维图像成像。图4是根据上述本专利技术较佳实施例的被测物体表面RGB成像方法的流程图，其中该被测物体表面RGB成像方法被用于彩色三维图像成像。图5是根据上述本专利技术较佳实施例的将被测物体RGB图像和深度图像相融合的流程图，其被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学三维成像系统，其特征在于，包括：TOF传感器；RGB传感器；主动光源，用于提供具有预设波长的测量光；和控制器，其中该控制器分别与该TOF传感器和该RGB传感器可通电地相连接，其中该TOF传感器被设置能够感应被测物体反射的该测量光，并生成相应深度检测数据，和该RGB传感器被设置能够感应被测物体反射的可见光，并生成相应RGB图像数据，其中该控制器被设置分别自该TOF传感器和该RGB传感器接收该深度检测数据和该RGB图像数据，并为该深度检测数据和该RGB图像数据建立相互之间的对应，以确定该RGB图像数据中的每个像素的三维空间信息。

【技术特征摘要】
1.一种光学三维成像系统，其特征在于，包括：TOF传感器；RGB传感器；主动光源，用于提供具有预设波长的测量光；和控制器，其中该控制器分别与该TOF传感器和该RGB传感器可通电地相连接，其中该TOF传感器被设置能够感应被测物体反射的该测量光，并生成相应深度检测数据，和该RGB传感器被设置能够感应被测物体反射的可见光，并生成相应RGB图像数据，其中该控制器被设置分别自该TOF传感器和该RGB传感器接收该深度检测数据和该RGB图像数据，并为该深度检测数据和该RGB图像数据建立相互之间的对应，以确定该RGB图像数据中的每个像素的三维空间信息。2.根据权利要求1所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器包括一个数据处理模块，其中该控制器的该数据处理模块被设置能够将该深度检测数据的测量光的深度值映射至该RGB图像数据形成的RGB图像，并根据公式di＝kd*dd+kc*dc，为该RGB图像数据的每个像素点寻找距离(di)最小的N个深度值，其中dd与dc分别为空间距离和彩色距离，kd、kc具有一个预设值，N>1。3.根据权利要求2所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器的该数据处理模块进一步被设置能够根据公式D＝D1*q1+…+Dn*qn，计算每个像素点的深度，其中D为像素点的深度，D1…Dn为与该像素点距离最近的N个深度值，qi＝(1/Di)/((1/D1)+…+(1/Dn))，从而确定该RGB图像数据中的每个像素点的三维空间信息。4.根据权利要求2所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器的该数据处理模块进一步被设置能够根据TOF标定参数，校正TOF传感器生成的深度检测数据，和/或根据RGB传感器参数，优化RGB传感器生成的RGB图像数据。5.根据权利要求3所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器的该数据处理模块进一步被设置能够根据TOF标定参数，校正TOF传感器生成的深度检测数据，和/或根据RGB传感器参数，优化RGB传感器生成的RGB图像数据。6.根据权利要求1所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器进一步包括一个同步模块，其中该控制器的该同步模块分别与该TOF传感器和该RGB传感器可通电地相连接。7.根据权利要求5所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器进一步包括一个同步模块，其中该控制器的该同步模块分别与该TOF传感器和该RGB传感器可通电地相连接。8.根据权利要求6所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器的该同步模块被设置能够同步该TOF传感器和该RGB传感器的时间。9.根据权利要求7所述的光学三维成像系统，其特征在于，该控制器的该同步模块被设置能够同步该TOF传感器和该RGB传感器的时间。10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的光学三维成像系统，其特征在于，该主动光源发出的该测量光为具有一个预设波长的激光。11.一种彩色三维图像成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)检测被测物体反射的测量光，并根据检测到的该测量光的深度(值)生成相应的深度检测数据；(B)检测被测物体反射的可见光，并根据检测到的该可见光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新锋，赵俊能，王城特，陈立刚，
申请(专利权)人：浙江舜宇智能光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33