[发明专利]用以生成3D相机照明区的照明装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用以生成3D相机照明区的照明装置和方法。

背景技术

与传统的二维相机相比3D相机也生成距离信息作为图像信息的额外维度。这方面的各种技术是已知的。立体相机根据模拟人的空间视觉至少两次从不同角度拍摄场景，将这两个图像中相同的结构元件彼此映射并计算出视差和已知角度之间的距离。基于模型的方法，例如光截面法，借助学习得到的或其它已知照明图形的扭曲来识别距离。飞行时间相机确定发送光信号和接收光信号之间的时间，尽管不同于激光扫描仪或距离感应器不只一次确定所述时间，而是空间分辨地确定图像传感器的每个像素单元，例如和在作为光子混合探测已知的方法中一样。

所述3D法可分成主动法和被动法，其依据是视3D相机是具有自己的照明还是依赖环境光而定。基于模型的方法以及飞行时间法本质上是主动的，因为照明是距离测定的重要组成部分。立体法原则上可以主动和被动运行。然而在被动立体观视时正好在当场景区域较大，均匀并因此无结构时出现这样的问题，即图像特征没有清楚的映射故不可能有可靠的视差估计。

图像采集时已知的干扰效果为所谓的边缘区域衰减。它被理解成强度的不均匀分布，边缘处的强度比中心小。主动3D法近乎两次受到边缘区域衰减的影响，原因一方面在于图像边缘处物镜的边缘区域衰减会造成图像传感器接收的光较少，另一方面在于边缘区域中的照明可比较地不均匀也造成对场景的照明更糟。

在现有技术中已知各种方法，旨在对边缘区域衰减进行补偿。一种方法是将微透镜阵列布置在发光的激光二极管之后，该微透镜阵列将一定量的光再分布到视场的边缘。这意味着相对较高的光学费用，这些花费也不能完全解决所述问题。

在另一种常规系统中安装了多个分别具有单个发射透镜的LED光源。通过相对于光源的发射透镜的相应布置可将这样产生的单个照明场朝向3D相机视场的不同位置，其中通过将所述照明场从视场中心移出来抬高边缘区的强度。但这尤其是涉及到飞行时间法时隐含着巨大的缺点，因为为几乎每个像素产生的总照明造成各个光源的不同叠加。但采用飞行时间法时经常具有光学参考路径，以便可以考虑到不取决于飞行时间的漂移。如果光组合根据像素改变，则原则上必须为每个像素区域或者甚至是为各单个像素构成光学参考路径，如果有可能的话，这在技术上会极其困难。相反若没有这样的参考路径则引入系统的测量误差，所述测量误差实际上经常不被容许。使用多个LED光源的另一个缺点在于，由于这种影响如部件公差，温度依赖性，噪音或者甚至故障可产生性能波动。为此强度分布会局部改变并因此产生其它测量误差。

此外还已知的是，给光源提供侧向反射镜，用以实现在照明场外部向中心偏转。其它系统只使用射束轮廓的内部区域，其中的强度近似恒定不变。但是用这两项措施最多可实现均匀的光分布且不抬高边缘区域。

在照明单元中也将衍射光学元件用于立体相机系统，例如在US 2007/0263903 A1中那样。但所述元件的主要用途在于，生成结构照明图形，其用途不是通过补偿边缘区域的衰减来保证有效均匀的强度分布。然而也表达出这种想法，即额外地对边缘区域衰减进行补偿，例如在DE 20 2008 013 217 U1中所述。

就二维相机而言例如从DE 102 04 939 A1中已知的是，使用菲涅耳透镜来进行均匀照明。根据DE 10 2006 023 142 A1相机照明单元也可具有微缩形式，菲涅耳形式或作为衍射元件形式的光学元件。但是仍旧没有提到简单的光学装置，它们足以补偿边缘区域衰减这一问题。

发明内容

因此本发明的任务在于，改进3D相机的照明。

此任务通过本发明所述的照明装置和用以生成3D相机照明区的方法得以实现。同时本发明的基本思路是，在照明区的内部重新分布光，以便通过在边缘区有目的地抬高强度来实现均匀的强度分布。因此所述照明显示的强度分布不是平的，而是在这种意义上为有效均匀的，即通过相应地抬高强度来补偿照明的边缘衰减以及也尽可能补偿3D相机接收物镜的边缘衰减。为了产生这样的强度分布，使用由周向侧向反射镜和布置在主射束方向中心的中心反射镜构成的组合。主射束方向优选对应于光源的光轴并构成照明装置的对称轴。这两个反射镜要这样设计和布置，致使光从中心重新分布到边缘。同时中心也依旧被照亮，原因在于侧向反射镜将非来源于中心反射镜的光分量往中心方向重新分布并因此也将光引向中心，在直接路径上被中心反射镜遮蔽的照明区。