深度数据测量头、测量装置和测量方法制造方法及图纸

公开了一种深度数据测量头、测量装置和测量方法。测量头包括：投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对拍摄区域进行拍摄以分别获得在结构光照射下的第一和第二二维图像帧，图像传感器中的每个或每组像素列包括N个像素存储子列，其中N是大于或等于2的整数；以及同步装置，用于基于投影装置的扫描位置，同步开启第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列所包含的一个或多个像素存储子列进行成像。由此，提供了高灵活度的像素级深度成像方案，以去除环境光对深度测量结果的影响，并且能够实现对多组投射图案的同时存储，方便后续处理操作。

【技术实现步骤摘要】
深度数据测量头、测量装置和测量方法
本专利技术涉及三维成像领域，具体地说，涉及一种深度数据测量头、测量装置和测量方法。
技术介绍
深度摄像头是一种采集目标物体深度信息的采集设备，这类摄像头广泛应用于三维扫描、三维建模等领域，例如，现在越来越多的智能手机上配备了用于进行人脸识别的深度摄像装置。另外，深度摄像头在安防和自动驾驶领域也有着广泛的应用前景。虽然三维成像已经是领域内多年研究的热点，但现有的深度摄像头依然具有功耗高、体积大、抗干扰能力差、无法实现像素级实时成像等诸多问题。为此，业已提出了双目条纹光成像方案，该方案利用双摄像头获取图像间的匹配去除对参考平面的依赖，条纹光的重复投射则使得像素级甚至亚像素级成像成为可能。但上述方案的一次深度数据求取需要对多幅图像帧进行成像，并涉及对大量图像帧的匹配操作，从而使得实时成像难以实现。为此，需要一种改进的深度数据测量方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种深度数据测量头和测量系统，其通过成像和扫描的高度同步去除环境光对深度测量结果的影响，并进一步通过同一位置处成像存储单元的划分，实现对多组投射图案的同时存储，以方便后续的图像匹配和其他处理操作。根据本专利技术的一个方面，提出了一种深度数据测量头，包括：投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧，在所述第一和第二图像传感器中，每个或每组像素列包括N个像素存储子列，其中，N是大于或等于2的整数；以及同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列所包含的一个或多个像素存储子列进行成像。由此，通过同一位置处成像存储单元的划分，实现对多组投射图案的同时存储，以方便后续的图像匹配和其他处理操作。本专利技术的图像传感器可以是列曝光可控的图像传感器，也可以是对更为常规的行曝光可控图像传感器的转置使用。子列划分可以是基于像素组或是存储单元组的划分。优选地，所述第一和第二图像传感器的每个像素包括M个存储单元，其中，M是大于或等于2的整数，并且每个或每组像素列的N个像素存储子列包括分别对应于该像素列或该组像素列的不同存储单元子列。优选地，所述第一和第二图像传感器各自被划分成多个像素组，每个像素组由M个相邻像素组成，其中，M是大于或等于2的整数，每个或每组像素列的N个像素存储子列包括分别对应于该像素列或该组像素列中每个像素组中的不同像素的存储单元的子列。优选地，所述投影装置依次投射的不同图案的条纹编码结构光，并且所述第一和第二图像传感器的每个或每组像素列的像素存储子列所对应的像素及其存储单元用于对不同图案的条纹编码结构光进行成像，以使得所述第一和第二图像传感器各自生成针对不同图案的一组图像帧，其中，所述一组图像帧被用于进行一次深度数据计算。优选地，所述存储单元是存储0或1值的二元存储器，并且在生成所述一组图像帧之后，直接基于每个或每组像素列的N个像素存储子列各自对应的存储单元中存储的多个0或1的值，进行第一和第二图像传感器之间的像素匹配。优选地，所述存储单元是用于存储灰度值的多阶存储器，并且所述测量头还包括数字运算模块，所述数字运算模块在生成所述一组图像帧之后，直接对每个或每组像素列的N个像素存储子列各自对应的存储单元中存储的灰度值进行数字运算以进行第一和第二图像传感器之间的像素匹配。优选地，第一和/或第二图像传感器的每个或每组像素列的N个像素存储子列中的一个子列被用作环境光存储子列，所述环境光存储子列其对应的该像素列或该组像素列不接受所述结构光照射的至少部分时段开启，以使得第一和/或第二图像传感器基于所述环境光存储子列生成环境光图像帧。优选地，基于标定操作确定每次同步开启的像素列的数量。优选地，每个所述图像传感器的每个或每组像素列的一个或多个像素存储子列在所述投影装置每进行预定次数的扫描投射后共同完成一幅图像帧的成像。优选地，所述同步装置包括用于测量所述投影装置的扫描位置的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。优选地，所述投影装置包括：发光装置，用于向拍摄区域投射在所述条纹方向的垂直方向上移动的线型光；以及用于扫描投射线型光的反射装置，所述反射装置包括如下之一：以预定频率往复运动的机械转镜，用于以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型激光，其中，所述线型激光的长度方向是所述投射条纹的长度方向；以预定频率往复振动的微镜器件，用于以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型激光，其中，所述线型激光的长度方向是所述投射条纹的长度方向。优选地，所述同步装置包括用于测量所述投影装置的扫描位置的测量装置，所述测量装置包括如下至少一种：用于实时测量所述反射装置的电机旋转角度的角测量器，并且基于所述角测量器的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启；用于实时测量所述微镜器件的振动相位的光电传感器，并且基于所述光电传感器的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。根据本专利技术的另一方面，提出了一种深度数据测量装置，包括：如上所述的深度数据测量头，以及与所述深度数据测量头相连接的处理器，用于根据所述第一和第二图像传感器的预定相对位置及其对所述结构光成像得到的第一和第二二维图像帧，确定所述拍摄区域中拍摄对象的深度数据。根据本专利技术的又一方面，提出了一种深度数据测量方法，包括：向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；使用具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧，其中，每个或每组像素列包括N个像素存储子列，N是大于或等于2的整数，并且在使用所述第一和第二图像传感器进行拍摄时，基于结构光条纹的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列所包含的一个或多个像素存储子列进行成像；以及基于所述第一和第二二维图像帧求取所述拍摄区域内被测对象的深度数据。优选地，所述第一和第二图像传感器的每个像素包括M个存储单元，其中，M是大于或等于2的整数，并且每个或每组像素列的N个像素存储子列包括分别对应于该像素列或该组像素列的不同存储单元子列，并且，所述方法还包括：在被所述结构光条纹扫描时，同步开启所述第一和第二图像传感器中对应的一个或一组像素列中的一个或多个存储单元子列。优选地，所述第一和第二图像传感器各自被划分成多个像素组，每个像素组由M个相邻像素组成，其中，M是大于或等于2的整数，每个或每组像素列的N个像素存储子列包括分别对应于该像素列或该组像素列中每个像素组中的不同像素的存储单元的子列，并且，所述方法还包括：在被所述结构光条纹扫描时，同步开启所述第一和第二图像传感器中对应的一个或一组像素列中的一个或多个不同像素的存储单元的子列。优选地，该方法还可以包括：每个或每组像素列的像素存储子列分别对依次投射的不同图案的条纹编码结构光进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深度数据测量头，包括：/n投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；/n具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧，在所述第一和第二图像传感器中，每个或每组像素列包括N个像素存储子列，其中，N是大于或等于2的整数；以及/n同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列所包含的一个或多个像素存储子列进行成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种深度数据测量头，包括：
投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；
具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧，在所述第一和第二图像传感器中，每个或每组像素列包括N个像素存储子列，其中，N是大于或等于2的整数；以及
同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列所包含的一个或多个像素存储子列进行成像。


2.如权利要求1所述的测量头，其中，所述第一和第二图像传感器的每个像素包括M个存储单元，其中，M是大于或等于2的整数，并且每个或每组像素列的N个像素存储子列包括分别对应于该像素列或该组像素列的不同存储单元子列。


3.如权利要求1所述的测量头，其中，所述第一和第二图像传感器各自被划分成多个像素组，每个像素组由M个相邻像素组成，其中，M是大于或等于2的整数，每个或每组像素列的N个像素存储子列包括分别对应于该像素列或该组像素列中每个像素组中的不同像素的存储单元的子列。


4.如权利要求1-3中任一项所述的测量头，其中，所述投影装置依次投射的不同图案的条纹编码结构光，并且所述第一和第二图像传感器的每个或每组像素列的像素存储子列所对应的像素及其存储单元用于对不同图案的条纹编码结构光进行成像，以使得所述第一和第二图像传感器各自生成针对不同图案的一组图像帧，其中，所述一组图像帧被用于进行一次深度数据计算。


5.如权利要求4所述的测量头，其中，所述存储单元是存储0或1值的二元存储器，并且在生成所述一组图像帧之后，直接基于每个或每组像素列的N个像素存储子列各自对应的存储单元中存储的多个0或1的值，进行第一和第二图像传感器之间的像素匹配。


6.如权利要求4所述的测量头，其中，所述存储单元是用于存储灰度值的多阶存储器，并且所述测量头还包括数字运算模块，所述数字运算模块在生成所述一组图像帧之后，直接对每个或每组像素列的N个像素存储子列各自对应的存储单元中存储的灰度值进行数字运算以进行第一和第二图像传感器之间的像素匹配。


7.如权利要求4所述的测量头，其中，第一和/或第二图像传感器的每个或每组像素列的N个像素存储子列中的一个子列被用作环境光存储子列，所述环境光存储子列其对应的该像素列或该组像素列不接收所述结构光照射的至少部分时段开启，以使得第一和/或第二图像传感器基于所述环境光存储子列生成环境光图像帧。


8.如权利要求1所述的测量头，其中，基于标定操作确定每次同步开启的像素列的数量。


9.如权利要求1所述的测量头，其中，每个所述图像传感器的每个或每组像素列的一个或多个像素存储子列在所述投影装置每进行预定次数的扫描投射后共同完成一幅图像帧的成像。


10.如权利要求1所述的测量头，其中，所述同步装置包括用于测量所述投影装置的扫描位置的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。


11.如权利要求1所述的测量头，其中，所述投影装置包括：
发光装置，用于产生线型光；以及
反射装置，用于反射线型光，以向拍摄区域投射在所述条纹方向的垂直方向上移动的线型光，所述反射装置包括如下之一：
以预定频率往复运动的机械转镜，用于以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型光，其中，所述线型光的长度方向是所述投射条纹的长度方向；
以预定频率往复振动的微镜器件，用于以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型光，其中，所述线型光的长度方向是所述投射条纹的长度方向。


12.如权利要求11所述的测量头，其中，所述同步装置包括用于测量所述投影装置的扫描位置的测量装置，所述测量装置包括如下至少一种：
用于实时测量所述反射装置的电机旋转角度的角测量器，并且基于所述角测量器的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启；
用于实时测量所述微镜器件的振动相位的光电传感器，并且基于所述光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏捷，梁雨时，
申请(专利权)人：上海图漾信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31