具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法制造方法及图纸

一种具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法。本发明专利技术提供一种用以撷取3D物体的3D影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与物体之间，以供物体的结构式照明用；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，用以通过网格屏蔽接收来自光源的图案化的光。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)遍及更宽的网格屏蔽的景深的范围实质上维持不变。

【技术实现步骤摘要】
具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法
美国专利第5,748,371号(1998年5月5日发证，名称为″全幅对焦光学系统(ExtendedDepthoffieldOpticalsystems)″，于此并入作参考。美国专利第6,069,738号(2000年5月30日发证，名称为″延伸影像投射系统的景深的装置及方法(ApparatusandMethodsforExtendingDepthoffieldinImageProjectionSystems)″)，于此并入作参考。美国专利第6,525,302号(2003年2月25日发证，名称为″波前编码相位对比取像系统(WavefrontCodingPhaseContrastImagingSystems)″)于此并入作参考。国际专利申请案PCT/US2006/036556(申请日为2006年9月19日，名称为″任务式取像系统(Task-basedImagingSystems)″，于此并入作参考。本专利技术是有关于一种具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法。
技术介绍
结构式照明(SI)或图案化照明将狭小光带投射至3D场景上，用以产生多条出现扭曲的照明线。扭曲可被取像并用以通过扭曲线的位置的三角测量来将一个或多个物体的表面形状重建在场景内。平行条纹的图案已经广泛被使用在结构式照明中。两种关于条纹图案产生的共同方法为雷射干涉与投射。雷射干涉方法使用两种互相干涉的激光束以产生有规则的线图案。不同的图案尺寸可通过改变这些光束的角度而获得。这方法产生具有未受限的景深的细微图案。然而，雷射干涉技术具有一些缺点，包括与实施相关的高成本，无法调变个别条纹，以及与从物体反射的光束的可能干扰。另一方面，投射方法使用一种具有非相干(incoherent)光源的投影机，用以产生图案化的光(例如视频投影机)。图案可能通过在投影机内的显示器(例如液晶显示器(LCD))而产生。仍然维持有一种对于发展以高分辨率且低成本撷取3D影像的系统与方法的需求。再者，存在有一种对于透过宽广景深(DOF)侦测投射线的强健方法的需求。
技术实现思路
本揭露内容通过提供一种具全幅对焦的3D影像撷取系统而推进此技艺。3D影像撷取系统合并波前编码(WFC)组件以延伸景深。在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的3D影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，用以通过网格屏蔽接收来自光源的图案化的光。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)遍及更宽的网格屏蔽的景深的范围实质上维持不变。在另实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，以及分光器，在第一WFC组件与物体之间，用以改变来自光源的光方向。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)对于网格屏蔽的景深较不敏感。在更进一步的实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括光源，以及依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介。实体媒介被安置在光源与物体之间以供物体的结构式照明用。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现。光学系统亦包括在实体媒介与物体之间的分光器，用以改变来自光源的光方向。实体媒介被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有实体媒介的投影机的点扩散函数(PSF)对于实体媒介的景深较不敏感。在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的方法。此方法包括：(1)从投影机投射光通过网格屏蔽与相位调变屏蔽以产生图案化的光；(2)以图案化的光照明3D物体；以及(3)以侦测器撷取由3D物体所反射的图案化的光。在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的方法。此方法包括从投影机朝向3D物体投射图案化的光，于此投影机包括光源与依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介，实体媒介被安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现。此方法亦包括将图案化的光照明至3D物体上。此方法还包括以侦测器撷取3D物体的影像，其中实体媒介被建构并配置成能使投影机的第一点扩散函数(PSF)比不具有实体媒介的投影机的点扩散函数(PSF)对于实体媒介的景深较不敏感。额外实施例与特征是在下述说明中被提出，且所属
的技术人员在说明书的检验时将更明白或可能通过本专利技术的实行而学到。本专利技术的本质与优点的更进一步的理解可能参考说明书的其余部分而被实现。附图说明图1为一种供物体的结构式照明用的已知光学系统的简化图。图2为在实施例中具全幅对焦的光学系统的简化图。图3为在实施例中具全幅对焦的折迭式光学系统。图4为于最佳聚焦下由图1的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。图5为于五个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。图6为于八个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。图7为于最佳聚焦下由图2或图3的全幅对焦光学系统看到的网格的灰阶影像。图8为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的网格的灰阶影像。图9为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的网格的灰阶影像。图10为于最佳聚焦下由图1的已知光学系统看到的图4的网格的等高线图。图11为于五个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图5的网格的等高线图。图12为于八个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图6的网格的等高线图。图13为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图7的网格的等高线图。图14为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图8的网格的等高线图。图15为于八个波散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图9的网格的等高线图。图16为于最佳聚焦下由图1的已知光学系统看到的点(例如网格的交点)的灰阶影像。图17为于五个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图16的点的灰阶影像。图18为于八个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图16的点的灰阶影像。图19为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的点(例如网格的交点)的灰阶影像。图20为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的灰阶影像。图21为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的灰阶影像。图22为于最佳聚焦下图1的已知光学系统的点扩散函数(PSF)。图23为于五个波的散焦下图1的已知光学系统的PSF。图24为于八个波的散焦下图1的已知光学系统的PSF。图25为于最佳聚焦下图2或图3的具全幅对焦的光学系统的PSF。图26为于五个波的散焦下图2或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.09 US 13/024,2211.一种用以撷取3D物体的影像的光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机臂，其特征在于，所述投影机臂包括：光源；网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用；以及第一波前编码组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽，用以通过所述网格屏蔽接收来自所述光源的图案化的光，其中将所述第一波前编码组件并入所述系统允许与不具有所述第一波前编码组件的系统相比所述网格屏蔽被侦测遍及景深的较宽范围，以使所述网格屏蔽的矩心透过所述景深的所述较宽范围而被正确决定，其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx3+βy3，其中α和β为系数。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的中心波长的至少一半。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一波前编码组件被设计成用以沿着所述网格屏蔽的多条网网格线集中至少60％的相位调变。4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括侦测器，用以利用来自所述投影机臂的结构式照明侦测所述物体。5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，还包括位于所述物体与所述侦测器之间的第二波前编码组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述网格屏蔽的第二影像具有比不具有所述第二波前编码组件的影像更大的景深。6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括循环对称波前编码组件。7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述循环对称波前编码组件被表示成P(ρ)＝f(ρ)，其中ρ2＝x2+y2，ρ为所述侦测器的傅立叶平面的半径，而f(ρ)为高阶多项式。8.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括高阶可分离函数。9.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二波前编码组件的每一个包括三次函数。10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，关于所述第二波前编码组件的所述三次函数被表示为–(αX′3+βY′3)，其中Y′轴线位在与Y轴线相同的方向，Z′轴线位在与X轴线相同的方向，以及X′轴线位在z轴线的相反方向。11.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件被设计成是可移动或可移除的。12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述网格屏蔽与所述第一波前编码组件为单一组件的一部分，所述单一组件包括模压塑料。13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，来自所述光源的光包括可见光与红外光的至少一个。14.一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机臂，其特征在于，所述投影机臂包括：光源；网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用，第一波前编码组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽；以及分光器，在所述第一波前编码组件与所述物体之间，用以改变来自所述光源的光方向，其中将所述第一波前编码组件并入所述系统允许与不具有所述第一波前编码组件的系统相比所述网格屏蔽被侦测遍及景深的较宽范围，以使所述网格屏蔽的矩心透过所述景深的所述较宽范围而被正确决定，其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx3+βy3，其中α和β为系数。15.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的中心波长的至少一半。16.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一波前编码组件被设计成用以沿着多条网网格线集中至少60％的相位调变。17.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，还包括用以侦测所述物体的侦测部分，其中所述侦测部分包括侦测器，其中所述分光器安置在所述侦测器与所述物体之间。18.根据权利要求17所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述侦测部分包括安置在所述分光器与所述侦测器之间的第二波前编码组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述网格屏蔽的第二影像具有比不具有所述第二波前编码组件的影像更大的景深。19.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括循环对称波前编码组件。20.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括高阶可分离函数。21.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·E·X·希尔维拉，丹尼斯·J·加拉格尔，高路，
申请(专利权)人：全视技术有限公司，
类型：发明
国别省市：