一种用于目标（２８）的３Ｄ映射的装置（２０），包括照明组件（３０），照明组件（３０）包括相干光源（３２）和漫射体（３３），相干光源（３２）和漫射体（３３）被布置为将主散斑图案投射到目标上。单图像捕获组件（３８）被布置为从相对于照明组件的单一、固定位置和角度捕获主散斑图案的图像。处理器（２４）被连接以处理在单一、固定角度所捕获的主散斑图案从而导出目标的３Ｄ图。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于对三维(3D)目标进4亍映射(mapping)的方 法和系统，更具体而言，涉及利用散斑图案进行3D光学成像。
技术介绍
当相干光束通过漫射体而投射到一表面上时，可在该表面上观察到 主散斑图案。主散斑由漫射光束的不同分量之间的干涉造成。术语"主 散斑(primary speckle)，，在本专利申请和权利要求书中以此种意义 使用，以区別于由来自目标粗糙表面的相干光的漫反射所造成的副散 斑。Hart在台湾专利TW 527528 B和美国专利申请09/616, 606中描述 了高速3D成像系统中的散斑图案的使用，上述专利的公开内容在此以 引用的方式纳入本说明书。该系统包括带主动式成像元件和CCD元件的 单透镜摄像机子系统，以及相关性处理子系统。所述主动式成像元件可 以是使离焦图像之间非等边间隔能够调整从而实现更大景深和更高亚 像素位移精确度的旋转小孔。散斑图案被投射到目标上，由此产生的图 案的图像可从多角度获取。使用图像相关性技术将这些图像局部互相 关，并且通过使用相对的摄像机位置信息将该表面分解以计算每个局部 互相关区域的三维坐标。另一种基于散斑的3D成像技术是由Hunter等人在美国专利6,101,269中所描述，该美国专利的公开内容在此以引用的方式纳入本 说明书。 一随机的散斑图案被投射在3D表面上，并被多个摄像机成像 以获得多个二维数字图像。这些二维图像被处理以获得该表面的三维特 征。
技术实现思路
本专利技术的实施方案利用主散斑图案对3D目标进行准确的实时映 射。在上述所提及的PCT专利申请中所描述的方法和系统，以及在下文 中所进一步描述的实施方案，能够使用单相干光源和单图像传感器执行 这种3D映射，其中所述图像传感器在相对于该光源的固定角度上保持 静止。在本专利技术的一方面，在已知轮廓的参考表面上初始捕获散斑图案的 参考图像。然后通过捕获投射到目标上的散斑图案的图像并将该图像与 参考图像进行比较，来确定该目标的3D轮廓。在本专利技术的另一方面，随着目标移动，捕获目标上的散斑图案的连 续图像。每个图像都与一个或多个其先前的图像相比较以追踪该目标在 三维中的运动。在下文所述的一实施方案中，光源和图像传感器被保持 处于线性对齐，从而允许通过计算在连续图像之间的 一 维相关系数而实 现快速且准确的运动追踪。在一些实施方案中，使用了新颖的照明和图像处理方案以增强3D 映射系统的精确性、景深和计算速度。因而，根据本专利技术的一实施方案，提供了一种用于目标的3D映射 的装置，包括照明组件，包括相干光源和漫射体，所述相干光源和漫射体被布置 为将主散斑图案投射到该目标上；单图像捕获组件，该单图像捕获组件被布置为从相对于所述照明组 件的单一、固定位置和角度来捕获所述目标上的主散斑图案的图像；以 及处理器，该处理器被连接以处理在所述单一、固定角度处所捕获的 主散斑图案的图像，从而导出所述目标的3D图(3D map)。在一些实施方案中，该装置包括安装件，该安装件连接至所述照明组件和所述图像捕获组件，从而使所述图像捕获组件与所述照明組件保持处于固定空间关系。在一实施方案中，图像捕获组件包括以限定第 一和第二相互垂直的轴线的直线图案布置的探测器元件阵列；以及具有入射光瞳的物镜光学系统，该物镜光学系统被配置为将图像聚焦到所述 阵列上，其中所述照明组件和所述图像捕获组件被该安装件校直从而限 定一设备轴线，该设备轴线平行于所述第一轴线并穿过所述入射光瞳以 及斑点(spot),在该斑点处由所述相干光源所发出的光束经过漫射体。 因此，处理器被布置为通过找到在一个或多个所述图像中所捕获的主散 斑图案和该主散斑图案的参考图像之间仅沿所述第一轴线的偏移量来 导出3D图。在一些实施方案中，处理器被布置为通过找到在一个或多个所述图像中所捕获的所述目标的多个区域上的主散斑图案和该主散斑图案的 参考图像之间的各自偏离量来导出所述3D图，其中所述各自偏移量表 示在所述区域和所述图像捕获组件之间的各自距离。通常，所述图像捕 获組件位于距所述照明组件一预定间距处，并且所述各自偏移量与所述 各自距离成比例，该比例由所述间距确定。在一所公开的实施方案中， 由所述照明组件所投射的所述主散斑图案包括具有特征尺寸的散斑，并 且其中所述图像中的所述散斑的尺寸在所述图像上随着取决于该间距 的公差的变化而变化，其中所述间距被选择以将所述公差维持在预定界 限内。附加地或可替代地，处理器被布置为使用所述图像捕获组件中的扭 曲参数模型来将所述各自偏移量与所述3D图中的各自坐标相关。进一 步，附加地或可替代地，处理器被布置，以通过找到在所述目标的第一 区域中的所述主散斑图案和在相对于该第一区域的第一偏移量处的所 述参考图像的对应区域之间的初始匹配来找到所述各自偏移量，并基于 所述第一偏移量，应用区域增长过程来找到相邻于所述第一区域的像素 的所述各自偏移量。在一所公开的实施方案中，处理器被布置为处理在所述目标正在移 动时所捕获的连续图像，从而对该目标的3D运动进行映射，其中所述 目标是人体的一部分，并且3D运动包括由所述人体的一部分做出的姿 势，并且所述处理器被连接以响应于所述姿势向计算机应用提供输入。9在一些实施方案中，照明组件包括光束形成器，该光束形成器被布 置为减小由所述漫射体在该装置传感体积上所创建的所述散斑图案的 对比度的变化。在一实施方案中，所述光束形成器包括衍射光学组件(DOE )和被布置为限定所述漫射体的傅立叶平面的透镜，其中所述DOE 位于所述傅立叶平面上。该光束形成器可被布置为减小从该漫射体所发 出的光的发散度，或被布置为将从漫射体所发出的遍及横向于所述照明 组件的光轴的平面的光的强度均衡化。在一实施方案中，处理器包括光学相关器，所述光学相关器包括含 有参考散斑图案的衍射光学组件(DOE)，并且所述图像捕获组件包括 微透镜阵列，该微透镜阵列被布置为将所述目标的多个子图像投射到所 述DOE上，从而生成表示所述目标的3D坐标的各自相关峰。在一些实施方案中，相干光if、的相干长度小于lcm。附加地或可替 代地，所述主散斑图案包括具有特征尺寸的散斑，并且所述照明组件被 配置为允许所述散斑的特征尺寸通过改变所述相干光源和所述漫射体 之间的距离而得到调整。根据本专利技术的一实施方案，同样也提供了一种用于目标的3D映射 的方法，包括使用来自光源的一束漫射相干光来照明目标，从而将主散斑图案投 射到该目标上；从相对于所述光源的单一、固定位置和角度处捕获所述目标上的主 散斑图案的图像；以及处理在所述单一、固定角度处所捕获的主散斑图案的图像，从而导 出所述目标的3D图。根据本专利技术的一实施方案，另外提供了一种用于目标的3D映射的 装置，包括照明组件，该照明组件包括相干长度小于lcm的相干光源，以及漫 射体，所述相干光源和所述漫射体被布置为将主散斑图案投射于所述目 标上；图像捕获组件，该图像捕获组件被布置为捕获所述目标上的主散斑 图案的图像；以及处理器，该处理器被连接以处理所述主散斑图案的图像从而导出所述目标的3D图。在一实施方案中，相干光源的相干长度小于0. 5mm。附加地或可替代地，相干光源的发散度大于5°。根据下列详细说明的实施方案以及附图，可更加详尽地理解本专利技术，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于目标的３Ｄ映射的装置，包括： 照明组件，包括相干光源和漫射体，所述相干光源和漫射体被布置为将主散斑图案投射到所述目标上； 单图像捕获组件，该单图像捕获组件被布置为从相对于所述照明组件的单一、固定位置和角度来捕获所述目标上 的主散斑图案的图像；以及 处理器，该处理器被连接以处理在所述单一、固定角度处所捕获的主散斑图案的图像，从而导出所述目标的３Ｄ图。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A施庞特，Z扎尔威斯科，
申请(专利权)人：普莱姆森斯有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]
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