三维图像获取装置及计算该装置中的深度信息的方法制造方法及图纸

提供一种三维(3D)图像获取装置和在该3D图像获取装置中计算深度信息的方法，所述3D图像获取装置包括:光调制器，用于调制通过依次投射N(N是3或更大的自然数)个光束从对象反射的光；图像拾取装置，用于通过拍摄由光学调制器调制的光来生成N个子图像；以及信号处理器，用于通过使用所述N个图像来计算关于到对象的距离的深度信息。

【技术实现步骤摘要】
三维图像获取装置及计算该装置中的深度信息的方法相关申请的交叉引用本申请请求2011年10月25日提交的韩国专利申请第10-2011-0109431号的权益，其内容通过引用全文合并与此。
本公开涉及三维(3D)图像获取装置以及在该3D图像获取装置中计算深度信息的方法。
技术介绍
最近，根据用于显示具有深度感的图像的3D显示设备的发展和需求的增加，已经强调了三维(3D)内容的重要性。因此，正在进行诸如用户自己创建3D内容的3D照相机之类的3D图像获取装置的研究。这种3D照相机被期望在一次拍摄中获得除现有的2D彩色图像信息之外的深度信息。可以使用利用两个照相机的立体视觉法或者利用结构化的光和照相机的三角测量法来获得关于对象的表面与3D照相机之间的距离的深度信息。然而，因为这些方法中的深度信息的精确度随着到对象的距离增加而快速地降低，并且这些方法取决于对象的表面状态，所以难以获得精确的深度信息。为了改善此问题，已经引入飞行时间(TOF)。TOF方法是一种测量在照明光投射到对象之后直到从对象反射的光由光接收单元接收到的光飞行时间的方法。依据TOF方法，通过使用包括发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的照明光学系统将预定的波长的光(例如，850纳米的近红外(NIR)光)照射到对象，由光接收单元接收从对象反射的具有相同的波长的光，然后执行一系列用于计算深度信息的处理过程。依据一系列处理过程引入不同的TOF技术。在上面描述的TOF方法中，通过假定没有噪声的理想环境来计算深度信息。然而，当使用3D照相机时，诸如室内环境中的照明和户外环境中的太阳光之类的环境光总是存在于周围中。环境光入射到3D照相机，成为计算深度信息的过程中的噪声。因此，在计算深度信息过程中必须除去成为噪声的环境光。
技术实现思路
提供一种通过除去环境光来计算深度信息的方法以及用于该方法的3D图像获取装置。附加方面将在下面的描述中被部分地阐明，以及从该描述中将部分地明显，或者可以通过给出的实施例而学习到。依据本专利技术的方面，一种三维(3D)图像获取装置包括：光调制器，用于调制通过依次投射N(N是3或更大的自然数)个光束从对象反射的光;图像拾取装置，用于通过拍摄由光调制器调制的光来生成N个子图像；以及信号处理器，用于通过使用该N个子图像来计算关于到对象的距离的深度信息。所述N个光束可以间断地投射。所述N个投射光束可以彼此不同并且由一个或多个光源发射。所述一个或多个光源可以以预定时间间隔依次投N个光束。光调制器的操作时间可以与N个光束的每一个的投射时间同步。所述光调制器的操作时间可以比N个光束的每一个的投射时间更短。所述图像拾取装置的曝光时间可以与光调制器的操作时间同步。所述图像拾取装置可以在光投射时间期间曝光以拍摄已调制光，并且所述图像拾取装置可以在光投射时间的至少一部分剩余时间期间形式N个子图像。在光投射时间期间所述图像拾取装置的全部像素可以曝光给已调制光。所述N个光束可以是具有相同的周期且从由不同的强度和不同的相位构成的组中选择出的至少一个的周期波。所述光调制器可以利用相同的调制信号调制反射的光。所述N个光束可以是相同的周期波。所述光调制器可以利用不同的调制信号调制反射的光。所述N个光束当中在相邻的时间投射的任何两个光束之间的相位差可以是通过用N等分360°获得的值。所述反射的光可以包括通过从对象反射所述N个光束获得的N个反射光束。由所述图像拾取装置生成的所述N个子图像可以依次一对一匹配所述N个反射光束。如果所述N个子图像不一对一匹配所述N个反射光束，则所述信号处理器可以以行为基础转换所述N个子图像并且将所述N个基于行的子图像与所述N个反射光束一对一匹配。所述信号处理器可以通过对乘以第一加权因子的所述N个子图像取平均来生成第一平均图像，对乘以第二加权因子的所述N个子图像取平均来生成第二平均图像，并且从第一平均图像和第二平均图像计算深度信息。可以从第一平均图像对第二平均图像的比率的反正切值计算所述深度信息。依据本专利技术的另一方面，一种计算深度信息的方法包括：调制通过依次投射N(N是3或更大的自然数)个光束从对象反射的光；通过拍摄由光调制器调制的光生成N个子图像；以及通过使用所述N个子图像计算关于到对象的距离的深度信息。所述N个光束可以间断地投射。所述N个投射光束可以彼此不同并且由一个或多个光源发射。可以以预定时间间隔依次投射所述N个光束。用于调制光的光调制器的操作时间可以与N个光束的每一个的投射时间同步。所述光调制器的操作时间可以比N个光束的每一个的投射时间更短。用于拍摄光的图像拾取装置的曝光时间可以与光调制器的操作时间同步。在光投射时间期间所述图像拾取装置的全部像素可以都曝光给已调制光。所述N个光束可以是具有相同周期并且从由不同的强度和不同的相位构成的组中选择的至少一个的周期波，并且可以利用相同的调制信号调制所述反射的光。所述N个光束可以是相同的周期波，并且可以利用不同的调制信号调制所述反射的光。所述N个光束当中在相邻的时间投射的任何两个光束之间的相位差可以是通过用N等分360°获得的值。所生成的N个子图像可以依次一对一匹配所述N个反射光束。所述方法还可以包括，如果所述N个子图像不一对一匹配所述N个反射光束，则以行为基础转换所述N个子图像并且将所述N个基于行的子图像依次一对一匹配所述N个反射光束。可以通过对乘以第一加权因子的所述N个子图像取平均来生成第一平均图像，可以对乘以第二加权因子的所述N个子图像取平均来生成第二平均图像，并且可以从第一平均图像和第二平均图像计算深度信息。可以从第一平均图像对第二平均图像的比率的反正切值计算所述深度信息。依据本专利技术的另一方面，一种三维（3D）图像获取装置包括光调制器，其调制从被间断地投射N个光束的对象反射的光；控制器，其控制光调制器以使光调制器与N个光束的每一个光束的投射时间同步。3D图像获取装置还包括光源，其生成被依次投射的N个光束。N是大于或等于3的自然数。3D图像获取装置还包括图像传感器，其通过拍摄由光调制器调制的光来生成N个子图像，其中，图像传感器的曝光时间与光调制器的操作时间同步。3D图像获取装置还包括信号处理器，其通过使用N个子图像来计算关于到对象的距离的深度信息。附图说明通过下面结合附图对该实施例的描述，这些和/或其它方面将变得明显且更易理解，其中：图1是根据本专利技术的实施例的三维(3D)图像获取装置的示意图；图2(A)到图2(D)示出根据本专利技术的实施例的、通过调制N个不同的反射光束生成N个不同的子图像的过程；图3(A)到图3(D)示出根据本专利技术的实施例的、利用一个投射光束和N个不同的光学调制信号生成N个不同的子图像的过程；图4A和图4B分别是根据本专利技术的实施例的、当投射光的占空比是100%时以及在投射光的占空比是20%的情况下、当3D图像被拍摄时的时间图；图5是根据本专利技术的实施例的、当通过将光源、光调制器、以及图像拾取装置彼此同步来拍摄图像时的时间图；图6是当在光调制器的单个操作时间期间图像拾取装置的全部像素并不都被曝光时、当图像被拍摄时的时间图；图7是用于描述根据本专利技术的实施例的、从N个不同的图像计算深度信息的过程的示意图；图8是根据本专利技术的实施例的、示出加权因子Ak和Bk的表格；以及图9是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维（3D）图像获取装置，包括：光调制器，用于调制从被依次投射N个光束的对象反射的光，其中N是3或更大的自然数；图像拾取装置，用于通过拍摄由所述光调制器调制的光来生成N个子图像；以及信号处理器，用于通过使用所述N个子图像来计算关于到所述对象的距离的深度信息。

【技术特征摘要】
2011.10.25 KR 10-2011-01094311.一种三维(3D)图像获取装置，包括：光调制器，用于调制从被依次投射N个光束的对象反射的光，其中N是3或更大的自然数；图像拾取装置，用于通过拍摄由所述光调制器调制的光来生成N个子图像；以及信号处理器，用于通过使用所述N个子图像来计算关于到所述对象的距离的深度信息，其中所述图像拾取装置在所述N个光束中的每个光束的光投射时间期间曝光以拍摄已调制光并在所述N个光束中的每个光束的光投射时间的剩余时间的至少一部分期间形成所述N个子图像。2.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述N个光束被间断地投射。3.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述N个投射光束彼此不同并由一个或多个光源发出。4.如权利要求3所述的3D图像获取装置，其中所述一个或多个光源以预定时间间隔依次投射所述N个光束。5.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述光调制器的操作时间与所述N个光束的每一个的投射时间同步。6.如权利要求5所述的3D图像获取装置，其中所述光调制器的操作时间比所述N个光束的每一个的投射时间更短。7.如权利要求5所述的3D图像获取装置，其中所述图像拾取装置的曝光时间与所述光调制器的操作时间同步。8.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中在光投射时间期间所述图像拾取装置的全部像素都曝光给已调制光。9.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述N个光束是具有相同周期且从由不同强度和不同相位构成的组中选择的至少一个的周期波。10.如权利要求9所述的3D图像获取装置，其中所述光调制器利用相同调制信号调制反射的光。11.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述N个光束是相同的周期波。12.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述光调制器利用不同的调制信号调制反射的光。13.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述N个光束当中在相邻的时间投射的任何两个光束之间的相位差是通过用N等分360°获得的值。14.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述反射的光包括通过从所述对象反射所述N个光束获得的N个反射光束。15.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中由所述图像拾取装置生成的所述N个子图像依次一对一匹配N个反射光束。16.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中，如果所述N个子图像不一对一匹配N个反射光束，则所述信号处理器以行为基础转换所述N个子图像并且将N个基于行的子图像依次一对一匹配所述N个反射光束。17.如权利要求1所述的3D图像获取装置，其中所述信号处理器通过对乘以第一加...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴勇和，柳长雨，尹熙善，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：