[发明专利]结构化光成像系统及方法

说明书

本发明涉及一种结构化光成像系统及方法。该结构化光成像系统及方法适于包括具有至少两组光发射器的投射器以及具有像素阵列的图像传感器，其中控制器被配置为使得各组能独立地操作。在一变型中，该图像传感器的各像素给该至少两组光发射器中的每一组分配一个储存节点。

技术领域

本发明涉及成像系统及方法，更具体地，涉及结构化光成像系统及方法。本发明还涉及用来确定场景的深度图的方法及装置。

背景技术

许多深度感测测量系统(亦称为3D成像系统或3D摄像机)依赖三角测量原理。主动三角测量系统中的最常用方法之一是利用发射器(或投射器)及接收器，此两者物理上彼此分离以建立三角测量系统的基线长度。投射器可提供结构化的照明。结构化的照明在此文中被理解为一种被空间编码或调制的照明。接收器包含具有像素阵列的图像传感器。控制器通常处理由接收器所获得的原始图像，并导出所获得的对象、场景或人物的三维深度图。此种系统通常被称为结构化光成像系统。结构化的照明可具有任何规则的形状，例如，线形或圆形，或可具有诸如伪随机点图案的伪随机图案，或者进一步可具有伪随机形状或形状的尺寸。在结构化光成像系统的投射器中，此种伪随机但规则的图案的实施及使用已公开于PCT公开案WO2007/105205A2中且已广泛地应用于游戏产业。US2013/0038881A1及WO2013127974A1中记载了一种在结构化光成像中使用的新型投射器，其基于同一芯片上的许多发光激光二极管并且投射到3D空间。已在固态发光装置上的投影的图案的形成具有高效节能的优点。例如，在随机点图案的情况中，所有产生的光被固有地束缚至这些点。在这些点之间没有损失。另一方面，基于压印透明片、掩模或微镜阵列，诸如数字光处理器(DLP)，来建立投射器，该些点之间的光被阻挡或偏移。因此，损失大量的所产生的光功率。其他投射器基于单个准直的激光二极管以及一或多个衍射光学组件。这些类型的投射器显示了良好的效率，但是在大的温度范围内保持图案足够稳定以基于结构化光成像来进行合理的深度测量是非常具有挑战性的。为了应对此种热缺陷，可对图案投射器的部件作温度控制，例如，藉由使用Peltier组件或加热电阻，从而减少整体能源效率。

基于时间编码的结构化光源及图像传感器的结构化光成像系统的另一进良已在欧洲公开案EP2519001A2中被提出。对结构化光成像系统施加时间编码可以减去背景光，无论是开像素(on-pixel)(在图像传感器上的像素能执行差分成像的情况下)或是关像素(off-pixel(图像后处理时)。此外，时间编码或调制能实现多个摄像机操作。这意味着不同的结构化光成像系统可施用时间编码，并且藉由这样做，可以在相同的环境内操作而不互相干扰。能以有限的干扰进行操作的具体时间编码方式为，例如，基于码分多址、频分多址或是其他如频率或相位跳变。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有改良的深度及横向分辨率的高效率的结构化光成像系统以及相应的方法和装置、以及一种用于深度映像场景的方法。结构化光成像系统亦可被理解为结构化光成像装置。

这些目的特别通过独立权利要求的特征来实现。此外，从属权利要求及说明书产生进一步的有利实施例。

在第一方面中，该结构化光成像装置包含：投射器，该投射器包含用于发射结构化光的至少两组光发射器；用于感测源自该投射器的光的图像传感器；以及控制单元。该控制器被构造且被配置为用于独立地操作该至少两组光发射器中的每一组。

在另一方面中，该结构化光成像系统包括图像传感器及投射器，其中该投射器包括至少两组光发射器，其中控制器被配置为使各组能够独立地操作。

两个方面可以混合及互换。