一种3D成像系统，包括：具有像素的第一和第二卷帘快门光敏面；用于选通和切断第一光敏面的第一快门；可控制以发射一串光脉冲来照射场景的光源；控制器，该控制器控制第一快门响应光脉冲的发射时间来选通和切断第一光敏面并打开和关闭光敏面内的多个像素带以将第一光敏面选通期间到达3D成像系统的来自光脉冲并由场景反射的光配准；以及处理器，该处理器响应由光敏面内的像素配准的光量确定至场景的距离。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】卷帘相机系统领域本专利技术涉及成像，尤其涉及提供场景图像以及至该场景中各区域的距离测量的相 机。背景三维或“3D”相机提供至成像场景中的特征的距离测量。3D相机用于要求将对象 成像为距离的函数的许多不同场合，例如制造产品的外形检查、医疗成像、CAD验证、机器人 视觉、地形勘测以及制片特效。在一种名为“飞行时间”的获得三维图像的方法中，将一个或多个光脉冲从光源向 感兴趣场景发射出。发射的光脉冲一般是不可见光，例如红外光(IR)。光脉冲反射离开场 景中的各个对象。每个反射脉冲的一部分返回到3D相机。光从对象返回到相机所花费的 时间被用来确定至对象的距离。从离相机较近的对象反射离开的光脉冲比从位置较远的对 象反射离开的光脉冲更快地返回到相机。用于飞行时间测量的3D相机一般既包含光敏感表面(下文中称其为“光敏面”或 “光敏表面”)又包括将光敏面选通或切断的门控装置。对于每个发射的光脉冲，在从发射 出光脉冲时起精确预定的延时后，相机被选通一段时间，下文中称其为“门”。从场景中的一 些对象反射出的光脉冲如果在门期间被相机接收则在光敏面上留下图像。由于这些光脉冲 已行进至对象并在脉冲发射和门选通之间的已知延时内返回，而且由于光速也是已知的， 因此能够计算至对象的距离。通过在某一范围的门延时内重复该过程，能获得从相机至不 同距离处的场景中的特征的距离。在一些3D相机中，不是只考虑光脉冲和门之间的定时，还使用相机选通时间内配 准到光敏面上的光量来确定至场景中各个对象的距离。该方法一般需要取来自场景的光的三次测量。通过将光脉冲发送至场景并用选择为光脉冲宽度的相对短门来选通场景成像于 其上的光敏面，从而取得“定时”测量。在门期间配准在光敏面像素上的光量是成像在像素 上的场景区域与相机的距离的函数。定时测量也受由像素成像的区域的反射率影响。高反 射率区域反射较多的发射脉冲而低反射率区域反射较少的发射脉冲。因此，与相机等距但 反射率有差异的特征看上去好像位于距相机的不同距离上。定时测量可通过取第二次归一化测量而校正反射率的差异。该测量涉及发射光脉 冲并门控以相对长的门成像场景的光敏面，所述相对长的门优选为光脉冲宽度的三倍。长 门使光敏面能配准到达相机的通过场景内的区域从光脉冲反射回来的几乎所有的光。3D相 机通过将定时测量除以每个像素的归一化测量而获得归一化距离测量。第三次测量测背景光。这是出现在场景中并出现在定时和归一化测量中的环境 光。由于背景光不源自反射的光脉冲，因此背景光使这些测量精确度降低。背景光是通过 当不存在来自发射光脉冲的光时选通光敏面并记录在光敏面上配准的光而测得的。为了作 出这种校正，3D相机对每个像素将背景光测量从定时和归一化测量中减去。一般来说，使用多个光敏面来获得多次测量。在一些3D相机中，使用三个光敏面，4每个不同的光敏面对应于定时、归一化和背景测量。3D相机经常用作成像系统(下文中称其为“3D成像系统”)的组件，该成像系统获 得和/或显示所成像的场景图象连同与该场景中特征的距离信息。一些3D成像系统使用 除用于提供距离测量以外的光敏面以记录所成像场景的图象。这些系统因此可具有四个光 敏面，一个用于场景图象，其它三个各自用于计算至场景中特征的距离所需的定时、归一化 和背景数据。3D成像系统中使用的光敏面使用例如门控装置或快门、滤光器和不同复杂度的光 学器件的其它类型组件。门控装置可包括例如光电快门或门控图像增强器。顶滤光器通常 与成像光敏面共同使用以防止其通过红外光记录的图像失真。可使用其它滤光器，例如仅 使红外光传至距离测量用光敏面。光学器件包括诸如分束器、重聚焦或中继光的各种透镜、 光圈和棱镜之类的零件。使用配准在像素上的光量以确定至场景中特征的距离的门控3D成像系统的例子 示出于PCT公报WO 01/18563中，该公报的内容通过引用纳入于此。所示出的每种配置包括 提供场景图像的视频相机或光敏面以及分别提供距离(即定时)、背景和归一化信息的三 个其它光敏面，它们标示为“D”、“B”和“N”。在PCT公报WO 01/18563的附图说明图1中，系统包括 分束器、两个重聚焦透镜系统、三向棱镜以及针对每个光敏面的独立快门。在同一专利中， 图3的配置使用四向棱镜来分束和引导入射光。概述本专利技术一些实施例的方面涉及提供改善的3D成像系统，用于获得距离图和场景 图象。根据本专利技术的一些实施例方面，使用至少一个卷帘快门光敏面来成像场景并确定 至场景特征的距离。卷帘快门光敏面常见地用于许多传统相机，并且相对廉价。卷帘快门顺序地选通 和切断光敏面内的像素带以配准来自场景图象的光并获得场景图象。总的来说，在先前像 素带选通之后，每个像素带被选通以对延时时段后的光敏感，所述延时时段在下文中被称 为“读出时间”。读出时间是读出在先前像素带被选通的时间内由先前像素带内的像素配 准的光量所需的时间。如此，门控像素移动或“卷”过光敏面直到整个光敏面暴露于场景为 止。为了便于解说，通过卷帘快门选通像素带被称为“打开”该像素带，而通过卷帘快门切 断像素带被称为“关闭”该像素带。专利技术人已认定，常见用于数字相机的相对廉价和简单的卷帘快门光敏面能根据本 专利技术一个实施例适当地予以门控以获得场景的景深图。将卷帘快门光敏面用于根据本专利技术 一个实施例的3D成像系统提供既获得场景图像又获得场景景深图的相对简单和廉价的3D 成像系统。根据本专利技术的一些实施例，3D成像系统包括第一和第二视轴卷帘快门光敏面，它 是通过有分别选择地“全局(global)”第一和第二快门而开闭的。每个全局快门是可控的 以阻挡和放行光传播至其各光敏面的几乎全部区域并由此将光敏面选通和切断。为了便于 解说，用全局快门阻挡和放行至光敏面的光分别被称为“切断”和“选通”光敏面。要注意， 用于全局快门的术语“切断”和“选通”将全局快门的操作与卷帘快门的操作相区分，对于卷 帘快门，“关闭”和“打开”用于切断和选通像素带。选择地，第一和第二光敏面是RGB光敏面。选择地，第一光敏面由窄带通滤光器遮蔽，该窄带通滤光器仅使基本在相对窄的顶波 长段内具有某一波长的光透过。为了获得场景的3D图和场景图像，根据本专利技术的一个实施例，具有由顶带通滤光 器传递的波长的顶光脉冲串被发射以照射场景。在脉冲串的发射期间，每个卷帘快门光敏 面工作在卷帘快门曝光模式，其中光敏面内的像素带顺序地打开和关闭以使光敏面暴露于 经过光敏面的相关全局快门的光。然而，根据本专利技术的一个实施例，第一和第二光敏面内的 同源像素带几乎同时导通和断开。另外，在脉冲串内的每个光脉冲发射之后，控制第一全局 快门以在相对短的“定时”门期间选通第一光敏面。在该定时门期间，第一快门内的像素“开 放”带内的像素获得场景的距离信息。另外，可选择地在每个光脉冲发射后，控制第二全局 快门以在相对长的“归一化”门期间选通第二光敏面。在归一化门期间，第二光敏面内的像 素开放带中的像素获得用于将通过第一光敏面内的同源像素得到的距离数据归一化的数 据。由于第一和第二光敏面内的像素的同源带是几乎同时打开的，因此归一化数据和定时 数据是几乎同时获得的。选择地，在获得定时和归一化数据后，控制第一和第二全局快门以对于至少一个 背景门分别选通第一和第二卷帘快门本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种３Ｄ成像系统，包括：具有像素的第一和第二卷帘快门光敏面；用于选通和切断所述第一光敏面的第一快门；可控制以发射一串光脉冲来照射场景的光源；控制器，所述控制器控制第一快门响应光脉冲的发射时间来选通和切断第一光敏面并打开和关闭光敏面内的像素带以将来自光脉冲并由场景反射的光配准；以及处理器，所述处理器响应由所述光敏面内的像素配准的光量确定至场景的距离。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种3D成像系统，包括具有像素的第一和第二卷帘快门光敏面；用于选通和切断所述第一光敏面的第一快门；可控制以发射一串光脉冲来照射场景的光源；控制器，所述控制器控制第一快门响应光脉冲的发射时间来选通和切断第一光敏面并 打开和关闭光敏面内的像素带以将来自光脉冲并由场景反射的光配准；以及处理器，所述处理器响应由所述光敏面内的像素配准的光量确定至场景的距离。2.如权利要求1所述的3D成像系统，其特征在于，所述控制器打开和关闭所述第一和 第二光敏面内的像素带以配准从同一发射光脉冲到达3D相机的光。3.如权利要求1或2所述的3D成像系统，其特征在于，所述控制器控制快门以选通和 切断所述第一光敏面，并导通和断开所述第一光敏面内的像素带以在来自光脉冲的光没有 到达所述3D成像系统的时间段内配准来自场景的光。4.如权利要求3所述的3D成像系统，其特征在于，所述处理器响应来自光脉冲并由场 景区域反射并通过第一光敏面配准的光量减去在来自光脉冲的光没有到达3D成像系统的 时间段内通过第一光敏面配准的光量来确定至场景区域的距离。5.如权利要求1或2所述的3D成像系统，其特征在于，所述控制器导通和断开第二 光敏面内的像素带以在来自光脉冲的光没有到达3D成像系统的时间段内配准来自场景的 光。6.如权利要求3或4所述的3D成像系统，其特征在于，所述控制器导通和断开第二 光敏面内的像素带以在来自光脉冲的光没有到达3D成像系统的时间段内配准来自场景的光。7.如权利要求6所述的3D成像系统，其特征在于，所述控制器导通和断开第一和第二 光敏面内的像素带以在来自光脉冲的光没有到达3D成像系统的同一时间段内配...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·叶海弗，
申请(专利权)人：微软国际控股私有有限公司，
类型：发明
国别省市：NL
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