用于获取景物的3-D图像的方法和系统技术方案

为获取景物的3-D图像，采用由照明单元发射的调制光来照明所述景 物，并将所述景物成像到锁定像素传感器单元阵列上，所述锁定像素传感 器单元对先前发射的光在其被景物中的对象或活体散射或反射后进行检 测。对于在锁定像素传感器单元处的检测到的光的调制相位进行确定，并 提供基准调制相位，其与发射时光的调制相位具有已知的关系。基于基准 调制相位和锁定像素传感器单元处检测到的光的调制相位，可以计算景物 的深度信息。调制光通过照明单元的多个单独的发光器件进行发射，每个 单独的发光器件发射一部分调制光，并采用发光器件发射的调制光的各个 部分的调制相位的平均值来作为基准调制相位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及3-D(三维)成像系统。
技术介绍
创建空间给定部分的3-D表示的系统在许多领域具有多种潜在的应用。 一些例子有汽车传感器技术(例如车辆乘员检测和分类)、机器人传感器技术 (例如对象辨识)或安全工程(例如工厂监测)等。与传统的2-D成像相比，3-D 成像系统要求有关对象景物的深度信息。换言之，需要确定一个或多个被 观测对象和系统的光接收机之间的距离。公知的进行距离测量的一种方法 (其在例如雷达应用中使用)包括对测量信号的发射和反射波之间的间隔进 行计时。这种称为飞行时间(TOF)的方法基于的原理是，对于具有在给定介 质中已知传播速度的信号，待测距离等于传播速度与信号来回传输所花的 时间的乘积。在光学成像系统的情形下，测量信号由光波组成。就本说明书的目的 而言，术语光应该被理解为包括可见光、红外(IR)光和紫夕卜(UY)光。采用光波方式的距离测量通常要求发射光的强度随时间变化。该TOF 方法可以例如采用相移技术或脉冲技术。在相移技术中，对发射光的幅度 进行周期性地调制(例如采用正弦调制)，并将发射时的调制相位与接收时的 调制相位进行比较。在脉冲技术中，光以离散脉冲形式进行发射，没有周 期性的要求。在相移测量中，调制周期通常是最大测量距离和最小测量距 离之差的两倍再除以光速的量级。在该方法中，传播时间间隔确定为通过 对发射光信号和接收光信号进行相位比较得出的相位差。这种相位比较要 求对解调信号与发射光信号进行同步。由于光速的高传播速度，基于脉冲 技术或相移技术进行距离测量遇到的一个基本困难在于对于测量设备所要 求的时间分辨率。事实上，对于厘米量级的空间分辨率要求10—s(10ps)量 级的时间分辨率。采用脉冲光和相移方法，时间间隔通常在电子领域内进行测量。因此， 影响测量设备的同步的电的传播时间和延迟对于测量精确度具有决定性影 响。这方面当前的问题是信号线上的电传播时间和电子部件中的延迟的未 知的变化和漂移。举例而言，可能出现相同类型设备之间的偏差，例如因 为生产过程中的公差(如半导体生产)。另外，例如由于温度变化或部件老化， 工作过程中也可能出现漂移。这些变化和漂移对于测量精确度具有有害的 影响。因此，通过提供更为可靠的同步，对于克服该问题做出了一些努力。例如，Schwarte在WO98/10255中提出了一种从光发射模块到光接收照相 机的一个或多个传感器单元的光反馈路径。如Schwarte在DE 44 39 298中 所述，可以通过引导发射光而无需通过例如光纤反射到接收机来获得同步 目的的相位基准。在国际专利申请PCT/EP2006/060374中提出了一种改进的3-D成像系 统。该专利申请公开了一种3-D成像系统，其包括将光发射到景物的照明 单元和通过检测散射光对景物进行成像的成像传感器。该系统还包括评估 单元，用于基于光传播时间来确定与景物有关的距离信息，以及同步装置， 用于向评估单元提供同步信息。为了克服前述缺点，该同步装置包括用于 在照明单元中产生电基准信号的装置，该基准信号直接从发射光得出。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于获取景物3-D图像的改进方法。该目的通过权利要求1所要求保护的方法来实现。为了获取景物的3-D图像，对该景物采用由照明单元发射的调制光进 行照明，并将景物在锁定像素传感器单元(lock-in pixel sensor cell)的阵列上 成像，所述锁定像素传感器单元对先前发射的光在其被景物中的对象或活 体散射或反射后进行检测。对于在锁定像素传感器单元处的检测到的光的 调制相位进行确定。在本文中我们使用术语调制相位来表示调制的相位， 以避免与构成光的电磁波的相位产生混淆。通过确定照明单元处光发射时 和锁定像素传感器单元处光接收时的调制相位的差，便可以立即确定光的 传播距离。更一般地，可以提供基准调制相位，其与发射时光的调制相位具有已知的关系。基于基准调制相位和锁定像素传感器单元处检测到的光 的调制相位，可以计算景物的深度信息。根据本专利技术的重要的一个方面， 调制光通过照明单元的多个单独的发光器件进行发射，每个单独的发光器 件发射一部分调制光，并采用作为发光器件发射的调制光的各个部分的调 制相位的平均值的基准调制相位。如上所述，驱动信号驱动发光器件与发 光功率之间的延迟有变化。对于一些应用，例如车辆座位的乘员检测或分类，要求3-D成像系统具有厘米范围的精确度。这意味着延迟中所要求的 精确度必须为30ps左右(总共为10ns)。如果只采用一个发光器件作为基准 调制相位的来源，这样的精确度将意味着在生产公差、部件老化和温度漂 移方面具有极为严格的要求。因此，在本专利技术中，提出了使用多个发光器 件以及采用不同的发光器件发射的光的调制相位的平均值来作为基准调制 相位。单个发光器件的生产要求从而得到一些放宽。根据本专利技术的第一实施例，通过收集来自照明单元中单独的发光器件 的调制光来提供基准调制相位。所收集到的调制光的调制相位作为整体然 后被检测，并用作基准调制相位。根据本专利技术的另一实施例，对各个发光器件单独发射的调制光的各个 部分的调制相位进行检测；然后计算这些调制相位的平均值并将其用作基 准调制相位。发光器件发射的调制光的各个部分的调制相位的平均值优选地将每个 发光器件对于景物的照明有多大贡献考虑在内。如果各个发光器件对于景 物照明的贡献大致相等，优选地，调制光的不同部分的调制相位的贡献近 似等于平均值。如果各个发光器件对于景物照明的贡献程度各不相同，优 选地，调制光的不同部分的调制相位的贡献对平均值所做的贡献程度相当 (corresponding)。本专利技术还涉及用于实现上述方法的3-D成像系统。这种3-D成像系统 优选地包括照明单元，其具有多个单独的发光器件，用于将调制光发射到 景物，至少一个基准光传感器，用于检测在照明单元处的发射光的基准调 制相位，以及照相机，例如CMOS或CCD照相机。该照相机包括锁定像素 传感器单元阵列以及光学装置，所述光学装置用于将景物在锁定像素传感 器单元阵列上成像，以及在操作中确定锁定像素传感器单元处检测到的光的调制相位。成像系统还包括评估单元，其以操作方式连接到至少一个基 准光传感器和锁定像素传感器单元阵列，用于基于基准调制相位和锁定像 素传感器单元处检测到的光的调制相位计算景物的深度信息。在操作过程 中，每个单独的发光器件发射调制光的一部分，基准光传感器将发光器件 发射的调制光的各个部分的调制相位的平均值作为基准调制相位来提供。根据3-D成像系统第一实施例，基准光传感器置于照明单元中，并且 在单独的发光器件附近，从而能够收集来自单独的发光器件的光。可替换 地，该系统可以包括光导，用于收集来自单独的发光器件的光以及将收集 到的来自单独的发光器件的光引导至基准光传感器。例如，这种光导可以 包括光纤。但是，优选地，该光导包括基本上置于发光器件的前面的(例如 由热塑材料制成的)透明的平板(plate)部分，以及管状的光管部分，所述光成^与其一起形成单个t件。、发光器件发射的光的二小^分从:被平板部 分挡住，并通过内部反射到达光导的光管部分，该光导然后将其引导至基 准光传感器。作为又一替换，3-D成像系统可以包括多个光导，其每一个用 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获取景物的３－Ｄ图像的方法，包括：　采用在照明单元处发射的调制光对所述景物进行照明；　将所述景物成像到锁定像素传感器单元阵列上，并在所述锁定像素传感器单元处检测在所述景物中散射的光；　确定在所述锁定像素传感器单元处所检测到的光的调制相位；　提供基准调制相位；　基于所述基准调制相位和在所述锁定像素传感器单元处所检测到的光的所述调制相位，计算关于所述景物的深度信息；　其特征在于，由所述照明单元的多个单独的发光器件发射所述调制光，所述多个发光器件中的每一个发射所述调制光的一部分，以及，采用由所述多个发光器件发射的所述调制光的各个部分的调制相位的平均值来作为所述基准调制相位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.20 EP 06120996.11、一种用于获取景物的3-D图像的方法，包括采用在照明单元处发射的调制光对所述景物进行照明；将所述景物成像到锁定像素传感器单元阵列上，并在所述锁定像素传感器单元处检测在所述景物中散射的光；确定在所述锁定像素传感器单元处所检测到的光的调制相位；提供基准调制相位；基于所述基准调制相位和在所述锁定像素传感器单元处所检测到的光的所述调制相位，计算关于所述景物的深度信息；其特征在于，由所述照明单元的多个单独的发光器件发射所述调制光，所述多个发光器件中的每一个发射所述调制光的一部分，以及，采用由所述多个发光器件发射的所述调制光的各个部分的调制相位的平均值来作为所述基准调制相位。2、 根据权利要求1所述的方法，其中提供所述基准调制相位包括在 所述照明单元处收集来自所述多个发光器件的调制光，检测所收集的调制 光的调制相位，以及采用所收集的调制光的调制相位作为基准调制相位。3、 根据权利要求1所述的方法，其中提供所述基准调制相位包括单 独地检测由所述多个发光器件发射的所述调制光的各个部分的调制相位， 计算所述调制光的各个部分的调制相位的平均值，以及采用所述计算出的 平均值作为基准调制相位。4、 根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的方法，其中所述单独 的发光器件对照明所述景物所做的贡献大致相等，并且其中所述调制光的 不同部分的调制相位对所述平均值的贡献大致相等。5、 根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的方法，其中所述单独 的发光器件对照明所述景物的贡献程度不同，并且其中所述调制光的不同部分的调制相位对所述平均值所做的贡献的程度相当。6、 一种3-D成像系统，用于实现根据前述权利要求中的任意一项权利 要求所述的方法。7、 一种根据权利要求6所述的3-D成像系统，用于获取景物的3-D图 像，所述3-D成像系统包括照明单元，用于将调制光发射到所述景物中；至少一个基准...

【专利技术属性】
技术研发人员：MA·科基，L·拉梅什，
申请(专利权)人：IEE国际电子工程股份公司，
类型：发明
国别省市：LU