深度数据测量头、测量装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深度数据测量头、测量装置和测量方法。该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；按列开启像素列成像的图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以获得在所述结构光照射下的图像帧；以及同步装置，用于控制所述投影装置的扫描位置，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。由此，通过成像和扫描的同步至少部分去除环境光对深度测量结果的影响。该方案可以直接利用常规卷帘传感器的触发模式进行成像，并利用转动速度可控的机械转镜进行扫描同步，能以相对简单的设备设置实现高信噪比图像帧的获取。

【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方案，其通过成像和扫描的同步至少部分去除环境光对深度测量结果的影响。进一步地，该方案可以直接利用常规卷帘传感器的触发模式进行成像，从而降低实现该同步操作方案所需的前期产品投入。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；按列开启像素列成像的图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以获得在所述结构光照射下的图像帧；以及同步装置，用于控制所述投影装置的扫描位置，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。由此，可以通过对投影扫描位置的控制，实现同步扫描，从而能够最大限度利用光源亮度，实现人眼安全，同时还能抵御环境光干扰，并且在多设备交叉扫描场景中避免干扰。优选地，上述图像传感器是常规卷帘式图像传感器。例如，卷帘式图像传感器可以在触发模式下工作，并且当前开启的像素列组成成像窗口在预定方向上逐列移动。由此，可以在无需额外开发专用图像传感器的情况下，实现扫描和曝光的同步。在条纹方向是竖直方向的情况下，并且所述图像传感器是转置90°使用的行曝光传感器。优选地，成像窗口的曝光时间由成像窗口所包含的同时开启的像素列的数量确定。优选地，同步装置控制所述投影装置投射的条纹在所述拍摄区域内移动速度与所述成像窗口在所述拍摄区域内对应的成像位置的移动速度相同。同步装置控制所述投影装置投射的条纹在所述拍摄区域内的起始移动位置至少部分位于与所述成像窗口在所述拍摄区域内对应的起始成像范围内。由此进一步确保扫描和曝光的同步。优选地，投影装置可以在N个成像帧周期内向拍摄区域扫描投射相同图案的结构光；所述同步装置用于在每个成像帧周期内，将所述图像传感器的初始成像窗口在所述预定方向上平移一个成像窗口的宽度，以使得所述图像传感器在所述N个成像帧周期内拍摄的N个图像帧被用于一幅图像帧的合成。由此，可以进一步收窄成像窗口，提升合成图像帧的信噪比。本专利技术的测量方案也适用于双目。于是，图像传感器可以包括：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图像帧，并且其中，所述第一图像传感器中由当前开启的像素列组成的第一成像窗口和所述第二图像传感器中由当前开启的像素列组成的第二成像窗口间隔所述第一和第二图像传感器的预定视差宽度。优选地，可由所述同步装置控制所述第一和第二图像传感器的成像窗口以预定视差宽度开启。优选地，投影装置可以包括：发光装置，用于产生线型光；以及往复运动的反射装置，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。优选地，同步装置可以控制所述反射装置的往复运动频率和起始时间，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。优选地，反射装置可以包括：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。优选地，同步装置可以通过电压和电流来控制所述机械转镜的角度和转速，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。优选地，发光装置可以包括：激光发生器，用于生成红外激光；以及光学器件，用于将生成的红外激光调制成线型光。其中，激光发生器可以进行高速开关以扫描投射与条纹编码相对应的明暗相间的结构光。由此，通过简单地激光发生器开关，实现对编码图案的精确控制。进一步地，激光发生器可以生成亮度随时间变化的线型光，以投射明暗相间且明条纹亮度变化的结构光，从而使得结构光包含更多的信息。优选地，投影装置依次投射不同图案的一组条纹编码结构光，并且所述图像传感器用于对不同图案的一组条纹编码结构光进行成像，以使得所述图像传感器各自生成针对不同图案的一组图像帧，其中，所述一组图像帧用于进行一次深度数据计算。根据本专利技术的另一个方面，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，用于根据所述图像传感器的对所述结构光成像得到的图像帧，确定所述拍摄区域中拍摄对象的深度数据。优选地，所述同步装置的至少部分同步功能由所述处理器实现。根据本专利技术的又一个方面，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；图像传感器按列开启像素列进行成像，对所述拍摄区域进行拍摄以获得在所述结构光照射下的图像帧，其中，所述投影装置的扫描位置被控制以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠，依次投射不同图案的一组条纹编码结构光，使得所述图像传感器对不同图案的一组条纹编码结构光进行成像并生成针对不同图案的一组图像帧，以及基于所述一组图像帧求取所述拍摄区域内被测对象的深度数据。优选地，图像传感器按列开启像素列进行成像可以包括：在触发模式下工作的卷帘式图像传感器开启由像素列组成成像窗口在预定方向上逐列移动，其中，所述成像窗口的曝光时间由所述成像窗口所包含的同时开启的像素列的数量确定。优选地，该方法还可以包括：扫描投射的条纹在所述拍摄区域内移动速度与所述成像窗口在所述拍摄区域内对应的成像位置的移动速度相同，其中，扫描投射的条纹在所述拍摄区域内的起始移动位置至少部分位于与所述成像窗口在所述拍摄区域内对应的起始成像范围内。优选地，该方法还可以包括：在N个成像帧周期内向拍摄区域扫描投射相同图案的结构光；在每个成像帧周期内，将所述图像传感器的初始成像窗口在所述预定方向上平移一个成像窗口的宽度，以使得所述图像传感器在所述N个成像帧周期内拍摄的N个图像帧；使用所述N个图像帧合成一幅图像帧。优选地，向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光包括：将发光装置产生线型光经由往复运动的反射装置投射至所述拍摄区域，以获取在所述条纹方向的垂直方向上往复移动的线型光。优选地，通过电压和电流来控制作为反射装置的机械转镜的本文档来自技高网...

【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按列开启像素列成像的图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以获得在所述结构光照射下的图像帧；以及/n同步装置，用于控制所述投影装置的扫描位置，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。/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；
按列开启像素列成像的图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以获得在所述结构光照射下的图像帧；以及
同步装置，用于控制所述投影装置的扫描位置，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。


2.如权利要求1所述的测量头，其中，所述图像传感器是常规卷帘式图像传感器。


3.如权利要求2所述的测量头，其中，所述卷帘式图像传感器在触发模式下工作，并且当前开启的像素列组成成像窗口在预定方向上逐列移动。


4.如权利要求3所述的测量头，其中，所述成像窗口的曝光时间由所述成像窗口所包含的同时开启的像素列的数量确定。


5.如权利要求3所述的测量头，其中，所述同步装置控制所述投影装置投射的条纹在所述拍摄区域内移动速度与所述成像窗口在所述拍摄区域内对应的成像位置的移动速度相同。


6.如权利要求3所述的测量头，其中，所述同步装置控制所述投影装置投射的条纹在所述拍摄区域内的起始移动位置至少部分位于与所述成像窗口在所述拍摄区域内对应的起始成像范围内。


7.如权利要求6所述的测量头，其中，所述投影装置在N个成像帧周期内向拍摄区域扫描投射相同图案的结构光；
所述同步装置用于在每个成像帧周期内，将所述图像传感器的初始成像窗口在所述预定方向上平移一个成像窗口的宽度，以使得所述图像传感器在所述N个成像帧周期内拍摄的N个图像帧被用于一幅图像帧的合成。


8.如权利要求1所述的测量头，其中，所述条纹方向是竖直方向，并且所述图像传感器是转置90°使用的行曝光传感器。


9.如权利要求1所述的测量头，其中，所述图像传感器包括：
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图像帧，并且
其中，所述第一图像传感器中由当前开启的像素列组成的第一成像窗口和所述第二图像传感器中由当前开启的像素列组成的第二成像窗口间隔所述第一和第二图像传感器的预定视差宽度。


10.如权利要求9所述的测量头，其中，所述同步装置控制所述第一和第二图像传感器的成像窗口以预定视差宽度开启。


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
往复运动的反射装置，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。


12.如权利要求11所述的测量头，其中，所述同步装置控制所述反射装置的往复运动频率和起始时间，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。


13.如权利要求11所述的测量头，其中，所述反射装置包括：
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。


14.如权利要求13所述的测量头，其中，所述同步装置通过电压和电流来控制所述机械转镜的角度和转速，以使得所述投影装置当前投射的条纹位置与所述图像传感器当前开启像素列的成像位置至少部分重叠。

【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