一种设备，包括：光学系统，所述光学系统自身包括具有多个像素(21，22，23)的光传感器(2)以及能够将场景的对象元素(E1，E2，E3)成像在所述光传感器的像素上的透镜(1)；用于将光学系统的焦点调节到场景中的任一对象元素上的装置，其能够通过确定来自该元素并且被位图化的光传感器的像素之一捕获的光流的最大值，来调节所述焦点；以及适于根据焦点调节来推断所述元素的深度的装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用对场景的对象进行成像的光学系统的焦点来估计所述场景中对象的深度的方法和设备。
技术介绍
Paolo Favaro 的在 2002 年 6 月 25 日公开的题为“Depth from focus/defocus”的文献(http://homepages, inf. ed. ac. uk/rbf/C Vonline/LOCAL C0PIES/FAVAR01/dfdtutorial. html)概述了建立深度图的光学方法。该文献指出，基于光学聚焦的方法在深度评估过程期间检查图像估计装置的參数的动态变化。John Ens 等人在 I3 年 2 月 2 日在评论“IEEE transactions on patternanalysis and machine intelligence”，Vol. 15, N° 2 中公开的题为 “An investigation of methods for determining depth from focus”的文献中指出，通过对在低场深度条件下摄像机的焦点參数对该摄像机捕获的图像的影响进行建模，来执行对场景的不同点的距离计算。http://www. sc. e h u . es / ccwgrrom / transparencias/articnlos-alumnos-doct-2002/ iosu~larra% 2596aga/00192482. pdf。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种有利的设备来估计分布在3D场景中的对象元素的深度。因此，本专利技术的目的是ー种深度估计设备，用于估计3D场景的对象元素的深度，所述深度估计设备包括光学系统，所述光学系统自身包括具有多个像素的光传感器以及能够将场景的对象元素成像在所述光传感器的像素上的透镜；用于将光学系统的焦点调节到场景中的任ー对象元素上的装置；以及适于根据焦点到场景的对象元素上的调节来推断所述对象元素的深度的装置；其中，用于将焦点调节到对象元素上的装置能够通过固定在来自所述对象元素并被像素化(pixelated)的光传感器的像素之一捕获的最大光流(light flow)上,来调节所述焦点。对象元素对应于场景的对象区，场景中对象区的大小和位置被定义为使得这些对象区可以被成像到光传感器的像素之一上。实际中，当执行在场景的元素上的聚焦时，来自该元素的光流到达光传感器的单个像素，该像素位于该元素经由透镜而成像的区域处。根据本专利技术，调节焦点以在该像素上获得最大流。当存在与焦点的明显偏离时，光流会照亮传感器的其他像素，这会干扰焦点调节过程。优选地，光学系统还包括1)远心(telecentric)的中继成像系统，大致位于透镜的像平面中，能够经由微透镜系统将对象元素的图像中继到像素化的光传感器上；以及2)光空间调制器，也被像素化，并连接至中继成像系统的输入；其中每个微透镜的光轴穿过位图化(bit mapped)的光传感器的不同像素的中心，以及穿过光空间调制器的不同像素的中心，其中每个微透镜能够与中继成像系统和透镜相结合地通过光空间调制器的位于微透镜的光轴上的像素，将场景的对象元素成像到位图化的光传感器的也位于微透镜的光轴上的像素上。优选地，所述深度估计设备还包括用于控制光空间调制器的像素的装置，所述装置控制光空间调制器的像素，使得所述光空间调制器的每个像素相继地进入通过(passing)状态而同时所有其他像素处于阻止(blocking)状态的装置。优选地，如果光空间调制器的像素分为多个相邻像素组，则所述深度估计设备还 包括用于控制光空间调制器的像素的装置，所述装置控制光空间调制器的像素，使得在每一组中像素在该组的所有其他像素处于阻止状态时始终处于通过状态，从而在每ー组中每个像素相继地进入通过状态。优选地，每ー组包括相同数目的像素。优选地，在每ー组中以相同的方式对像素进行几何排序；并且，用于控制光空间调制器的像素的装置被适配为使得在每ー组中每个像素按照相同的几何顺序相继地进入通过状态。优选地，每ー组包含3x3个像素。 有利地，深度估计设备还可以用于捕获场景的图像。在这种情况下，可以根据捕获图像所需的清晰度，将用于估计深度的光传感器的像素细分为多个子像素。附图说明參考附图，通过阅读仅作为非限制性示例而提供的以下描述，将更好地理解本专利技术，其中图I示意性地示出了根据本专利技术的在深度估计设备中使用的聚焦方法；图2示出了使用图I所示的方法在场景的对象元素上聚焦期间，根据本专利技术的设备的传感器的像素所捕获的光强度变化，其中所述对象元素与所述像素相对应；图3示出了来自另ー对象元素的光对用于在场景的对象元素上聚焦的设备的传感器的像素的照亮造成干扰的问题；图4示意性地示出了根据本专利技术的用于估计3D场景的对象元素深度的设备的优选实施例；图5以类似于图2的方式示出了在场景的对象元素上聚焦期间，图4的设备的传感器的不同像素所捕获的光強度的变化，所述对象元素与所述不同像素相对应；图6示出了图3设备的光空间调制器像素的分组实施例，其中根据本专利技术，每ー组中的单个像素处于“通过”状态；图7与图6几乎相同，区别仅在于在每ー组中，另ー像素已进入“通过”状态，而其他像素处于“阻止”状态。具体实施例方式參考图1，本说明书首先将描述根据本专利技术的使用简化的深度估计设备来測量深度的方法所基于的一般原理之一。在该图中，3D场景的相同对象位于两个不同的深度 位置A和位置B。简化的深度估计设备包括-光学系统，所述光学系统包括透镜I和位图化的光传感器2，所述位图化的光传感器2位于透镜的光轴上，所述透镜能够在场景的任何对象元素位于透镜的光轴上时将所述对象元素成像在传感器2上，-用于对该光学系统在该对象元素上的聚焦加以调节的装置(未示出)，以及-能够根据在该元素上的聚焦的调节来推断所述对象元素的深度的装置(未示出)。 在本文中，当执行光学系统在该元素上的聚焦时，位图化的光传感器2包括单个像素，所述单个像素的尺寸与位于透镜的光轴上的场景的对象元素的图像的尺寸近似地相对应。现在将描述本专利技术所基于的聚焦方法。如果场景的对象位于位置B(图I中以虚线绘制的对象)，来自位于光轴上的对象元素的光流在亮区(light zone)上照亮传感器2的独有像素，所述光区广泛地延伸超过传感器的像素的亮区參见图I。随着对象从位置B沿着光轴向位置A移动，传感器的独有像素的该亮区縮小，使得像素捕获的光強度按照图2的曲线而増大。当到达位置A时(图I中以实线绘制的对象)，光強度处于最大值。随着对象沿着相同的方向向透镜I移位，该像素上的光強度开始按照图2的曲线而减弱。对象元素的与传感器的单个像素所捕获的光流的最大值相对应的位置A被看作是该元素在传感器上的焦点位置。这种特性是本专利技术的基础之ー。根据本专利技术，深度估计设备因此包括用于对要评估其深度的对象元素上的焦点加以调节的装置，所述装置能够通过固定在来自该元素并且被传感器2的像素捕获的光流的最大值上，来调节所述焦点。为了说明基本原理的需要，以上通过改变对象位置来实现聚焦，然而通过改变透镜的位置或者物镜的多个透镜的位置，如针对通常的拍摄物镜(objective)所作的那样，可以获得同样的效果。根据本专利技术，深度估计设备还包括能够根据如上所述的在场景的对象元素上的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种深度估计设备，用于估计3D场景的对象元素的深度，所述深度估计设备包括：光学系统，所述光学系统自身包括具有多个像素(21，22，23)的光传感器(2)以及能够将场景的对象元素(E1，E2，E3)成像在所述光传感器的像素上的透镜(1)；用于将光学系统的焦点调节到所述场景的任一对象元素上的装置，其能够通过固定在来自所述对象元素并被像素化的光传感器的像素之一捕获的光流的最大值上，来调节所述焦点；以及适于根据所述焦点到所述场景的对象元素上的调节来推断所述对象元素的深度的装置；其中：所述光学系统还包括：1)远心的中继成像系统，近似位于透镜的像平面中，能够经由微透镜系统将对象元素的图像中继到像素化的光传感器上；以及2)光空间调制器，也被像素化，并连接至所述中继成像系统的输入；其中每个微透镜的光轴穿过位图化的光传感器的不同像素的中心，以及穿过光空间调制器的不同像素的中心，其中每个微透镜能够与中继成像系统和透镜(1)相结合地通过光空间调制器的位于微透镜的光轴上的像素，将场景的对象元素成像到位图化的光传感器的也位于微透镜的光轴上的像素上。
【技术特征摘要】
2011.06.17 FR 11553301.一种深度估计设备，用于估计3D场景的对象元素的深度，所述深度估计设备包括 光学系统，所述光学系统自身包括具有多个像素(21，22，23)的光传感器(2)以及能够将场景的对象元素(E1，E2，E3)成像在所述光传感器的像素上的透镜(I)； 用于将光学系统的焦点调节到所述场景的任一对象元素上的装置，其能够通过固定在来自所述对象元素并被像素化的光传感器的像素之一捕获的光流的最大值上，来调节所述焦点；以及 适于根据所述焦点到所述场景的对象元素上的调节来推断所述对象元素的深度的装置； 其中 所述光学系统还包括1)远心的中继成像系统，近似位于透镜的像平面中，能够经由微透镜系统将对象元素的图像中继到像素化的光传感器上；以及2)光空间调制器，也被像素化，并连接至所述中继成像系统的输入； 其中每个微透镜的光轴穿过位图化的光传感器的不同像素的中心，以及穿过光空间调制器的不同像素的中心， 其中每个微透镜能够与中继成像系统和透镜(I)相结合地通过光空间调制器...
【专利技术属性】
技术研发人员：瓦尔特·德拉日奇，
申请(专利权)人：汤姆森许可贸易公司，
类型：发明
国别省市：
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