三维成像方法、装置、设备及计算机可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种三维成像方法、装置及系统。其中，三维成像系统包括图像采集装置、同步驱动电路及信息处理器。图像采集装置包括可见光传感器和面阵三维传感器，可见光传感器用于采集被测点的二维图像数据，面阵三维传感器用于采集被测点的深度图像数据并以面阵形式输出。同步驱动电路用于控制二维图像数据和深度图像数据采集的同步性，以保证时域信息获取的一致性；信息处理器用于将二维图像数据和深度图像数据进行实时融合，并生成以面阵形式输出的点云数据。本申请提供的技术方案实现了面阵形式的大分辨率、高帧频点云数据的输出，满足深度视觉技术领域高分辨率、高精度三维成像的需求。

Three dimensional imaging method, device, equipment and computer readable storage medium

【技术实现步骤摘要】
三维成像方法、装置、设备及计算机可读存储介质
本专利技术实施例涉及光学成像
，特别是涉及一种三维成像方法、装置及系统。
技术介绍
深度视觉技术为未来机器视觉产业和光电产业的重要发展方向，和传统的机器视觉二维信息处理相比，深度图像包含了场景的三维深度信息和二维灰度信息，这与人眼的视觉成像机制是一致的，未来的机器视觉产业将从普通的二维图像视觉发展到深度视觉，这一技术未来将在智能机器人、无人驾驶、AR/VR、安防监控等几乎所有视觉和光电产业相关领域产生颠覆性的变革。深度视觉的核心是高性能的三维深度成像技术。相关技术中可通过激光扫描、结构光、双目视觉以及面阵TOF(Timeofflight，飞行时间)技术来实现三维成像技术。而扫描式三维成像、结构光、双目视觉方法因为机构复杂、成本高、稳定性差等缺点无法满足高性能的深度成像要求。尽管TOF技术虽然能够以非扫描的方式获取场景的深度信息，但是由于受到了传感器工艺以及光学设计理论的限制，无法实时获取更多的点云数据，TOF成像分辨率过低，成像质量较差，作用距离也无法满足高端领域的需求，仅仅可将三维信息作为一种距离测量方法，无法将其作为一种视觉成像技术进行应用。
技术实现思路
本公开实施例提供了一种三维成像方法、装置及系统，实现了面阵形式的大分辨率、高帧频点云数据的输出，满足深度视觉
高分辨率、高精度三维成像的需求。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：本专利技术实施例一方面提供了一种三维成像系统，包括图像采集装置、同步驱动电路及信息处理器；其中，所述图像采集装置包括用于采集被测点二维图像数据的可见光传感器和用于采集所述被测点深度图像数据并以面阵形式输出的面阵三维传感器；所述同步驱动电路用于控制所述二维图像数据和所述深度图像数据采集的同步性，以保证时域信息获取的一致性；所述信息处理器用于将所述二维图像数据和所述深度图像数据进行实时融合，并生成以面阵形式输出的点云数据。可选的，所述图像采集装置还包括单点激光传感器，所述信息处理器还包括数据自校准模块和光源控制模块；所述光源控制模块用于根据所述面阵三维传感器的工作频率调制所述单点激光传感器的激光器照明光源的工作频率，以同步触发所述面阵三维传感器和所述单点激光传感器进行数据采集；所述数据自校准模块用于根据所述单点激光传感器采集的所述被测点的距离信息进行三维成像系统的数据标定和点云数据自校准。可选的，还包括能量汇聚光学装置；所述能量汇聚光学装置用于在所述单点激光传感器的工作区域内进行激光器照明光源的远距离能量汇聚，以增加所述激光器照明光源的照明距离。可选的，所述能量汇聚光学装置为非球面不连续弧形反射光杯。可选的，所述非球面不连续弧形反射光杯还设置有覆盖在光杯表面的反射膜。可选的，所述信息处理器还包括工作频率计算模块；所述工作频率计算模块用于根据第一公式计算所述面阵三维传感器的工作频率，所述第一公式为：式中，N0为真实测量距离，n为所述面阵三维传感器的频率总个数，ki为波长的倍数，di为不同调制频率得到的距离，c为光速，fi为第i个工作频率。可选的，所述信息处理器还包括工作频率计算模块；所述工作频率计算模块用于根据第二公式计算所述面阵三维传感器的工作频率，所述第二公式为：式中，N0'为加权后的真实测量距离，n为所述面阵三维传感器的频率总个数，m为频率的总数，u为频率的第一位置，v为频率的第二位置，kv和ku为波长的倍数，c为光速，fu为第u个工作频率，fv为第v个工作频率，为fu对应的方差，μu为fu对应的均值；μv为fv对应的均值，为fv对应的方差。本专利技术实施例另一方面提供了一种三维成像方法，包括：同时获取被测点在第一时刻的二维可见光图像数据和深度图像数据；将所述二维可见光图像数据和所述深度图像数据进行实时融合，生成以面阵形式输出的点云数据。可选的，所述将所述二维可见光图像数据和所述深度图像数据进行实时融合之后，还包括：根据所述被测点的激光距离数据信息对融合后的数据进行自校准，以作为所述被测点的点云数据进行输出；所述激光距离数据信息为在所述第一时刻采集的所述被测点的激光距离数据。本专利技术实施例还提供了一种三维成像装置，包括：数据获取模块，用于同时获取被测点在第一时刻的二维可见光图像数据和以面阵形式输出的深度图像数据；数据融合模块，用于将所述二维可见光图像数据和所述深度图像数据进行实时融合，生成以面阵形式输出的点云数据。本申请提供的技术方案的优点在于，综合利用了多个图像传感器进行稠密及高密度图像数据采样，并设置同步驱动电路保证高密度的可见光数据和稠密的深度图像数据采样的同步性，从而保证采集的图像数据的时域一致性，最后将具有时域一致性的图像数据进行实时融合，有效地增加了深度图像的细节信息，提高了三维成像的质量和分辨率，实现了以面阵形式输出的高分辨率、高帧频点云数据输出，满足深度视觉
高分辨率、高精度三维成像的需求。此外，本专利技术实施例还针对三维成像系统提供了相应的实现方法及虚拟装置，进一步使得所述方法更具有可行性，所述装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的三维成像系统的一种具体实施方式结构图；图2为本专利技术实施例提供的三维成像系统的另一种具体实施方式结构图；图3为本专利技术实施例提供的一种三维成像方法的流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的另一种三维成像方法的流程示意图；图5为本专利技术实施例提供的三维成像装置的一种具体实施方式结构图；图6为本专利技术实施例提供的三维成像装置的另一种具体实施方式结构图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。在介绍了本专利技术实施例的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维成像系统，其特征在于，包括图像采集装置、同步驱动电路及信息处理器；/n其中，所述图像采集装置包括用于采集被测点二维图像数据的可见光传感器和用于采集所述被测点深度图像数据并以面阵形式输出的面阵三维传感器；/n所述同步驱动电路用于控制所述二维图像数据和所述深度图像数据采集的同步性，以保证时域信息获取的一致性；/n所述信息处理器用于将所述二维图像数据和所述深度图像数据进行实时融合，并生成以面阵形式输出的点云数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维成像系统，其特征在于，包括图像采集装置、同步驱动电路及信息处理器；
其中，所述图像采集装置包括用于采集被测点二维图像数据的可见光传感器和用于采集所述被测点深度图像数据并以面阵形式输出的面阵三维传感器；
所述同步驱动电路用于控制所述二维图像数据和所述深度图像数据采集的同步性，以保证时域信息获取的一致性；
所述信息处理器用于将所述二维图像数据和所述深度图像数据进行实时融合，并生成以面阵形式输出的点云数据。


2.根据权利要求1所述的三维成像系统，其特征在于，所述图像采集装置还包括单点激光传感器，所述信息处理器还包括数据自校准模块和光源控制模块；
所述光源控制模块用于根据所述面阵三维传感器的工作频率调制所述单点激光传感器的激光器照明光源的工作频率，以同步触发所述面阵三维传感器和所述单点激光传感器进行数据采集；
所述数据自校准模块用于根据所述单点激光传感器采集的所述被测点的距离信息进行三维成像系统的数据标定和点云数据自校准。


3.根据权利要求2所述的三维成像系统，其特征在于，还包括能量汇聚光学装置；
所述能量汇聚光学装置用于在所述单点激光传感器的工作区域内进行激光器照明光源的远距离能量汇聚，以增加所述激光器照明光源的照明距离。


4.根据权利要求3所述的三维成像系统，其特征在于，所述能量汇聚光学装置为非球面不连续弧形反射光杯。


5.根据权利要求4所述的三维成像系统，其特征在于，所述非球面不连续弧形反射光杯还设置有覆盖在光杯表面的反射膜。


6.根据权利要求1所述的三维成像系统，其特征在于，所述信息处理器还包括工作频率计算模块；
所述工作频率计算模块用于根据第一公式计算所述面阵三维传感器的工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海江，王宇庆，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22