[发明专利]图像传感器、深度数据测量头及测量系统

说明书

本发明公开了一种图像传感器以及配置有该图像传感器的深度数据测量头和测量系统。该图像传感器，包括：镜片单元，用于接收入射光；分束装置，用于将入射光分成可见光光束和红外光光束；可见光感光单元，用于从所述可见光光束检测特定可见光频率范围内的可见光；以及红外光感光单元，用于从对所述红外光光束检测特定红外光频率范围内的红外光。本发明的图像传感器通过引入分束装置，尤其是反射红外光的四方棱镜，能够以极为简单的设置实现红外和可见光成分的分离和成像的像素级对齐。这一图像传感器可以应用与各类单目和双目测量头中，并且可以优选与可见光投射装置相配合，以多套投射纹理提升窗口匹配精确度。

技术领域

本发明涉及三维成像领域，具体地说，涉及一种图像传感器、深度数据测量头及测量系统。

背景技术

传统的图像拍摄方法只能获得物体的二维信息，无法得到物体的空间深度信息(亦称景深信息)，但实际上物体表面的空间深度信息，尤其是深度信息的实时获取在各种工业、生活及娱乐应用中都起着至关重要的作用。

深度摄像头是一种采集目标物体深度信息的采集设备，这类摄像头广泛应用于三维扫描、三维建模等领域。在实际应用中，为了真实还原物体的三维数据及表面纹理，在采集深度信息的同时，往往还需要同时采集物体表面的彩色纹理信息。

在采集深度信息时，为了排除外界环境可见光的干扰，往往采用红外摄像头对处于红外光波段(680nm-1100nm)的图像进行采集。为了能够同时采集RGB信息，需要额外安装彩色摄像头进行同步拍摄。

由于红外摄像头和彩色摄像头所处的位置不同，拍摄时会存在视差，而使得红外和彩色图像不一致，即同一个拍摄对象在红外图像和彩色图像中的位置不同。因此拍摄完成后，还需要对红外摄像头和彩色摄像头进行系统标定，用以将彩色及深度数据按像素对齐。

在采用红外摄像头和彩色摄像头同步拍摄时，同样由于两个摄像头的位置不同，红外和彩色图像不一致，拍摄对象在红外图像和彩色图像中的视角也不同，所以很有可能出现拍摄盲区。如图1所示，A是彩色摄像头，B是红外摄像头，彩色摄像头A拍摄的物体的范围与红外摄像头拍摄B的物体的范围不同。图1中拍摄对象的较细轮廓线上以粗线绘出的部分是一个摄像头能够拍摄到而另一个摄像头拍摄不到的区域，对于拍摄不到该区域的摄像头而言，就是拍摄盲区。拍摄盲区的存在也会使得所拍摄的红外图像和彩色图像难以对齐。

因此，亟需一种可以在获取物体的深度信息和彩色信息的同时能够更加方便地使红外图像和彩色(可见光)图像对齐的解决方案。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种图像传感器、深度数据测量头及测量系统，使得能够以极低的制造成本获得高精度对齐(例如，像素级对齐)的红外-彩色图像对。

根据本发明的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：镜片单元，用于接收入射光；分束装置，用于将入射光分成可见光光束和红外光光束；可见光感光单元，用于从所述可见光光束检测特定可见光频率范围内的可见光；以及红外光感光单元，用于从对所述红外光光束检测特定红外光频率范围内的红外光。由此通过简单引入分束装置来实现可见光和红外光成像的分离。

优选地，所述分束装置可以是包括涂有反射红外光的涂层的棱镜。所述分束装置可以是四方棱镜或三棱镜。进一步地，该分束装置可以将入射光分成传播方向互相垂直的可见光光束和红外光光束。可见光传感器单元和红外光传感器单元与所述分束装置的分束区域相距相等的距离。

镜片单元可以用于将所述入射光汇聚至所述分束装置的分束区域。

可见光传感器单元和红外光传感器单元可以是像素级对齐的。可见光传感器单元和所述红外光传感器单元经由标定靶成像被强制软件对齐。

本发明的图像传感器还可以包括：壳体，用于固定所述镜片单元、所述分束装置、所述可见光感光单元和所述红外光感光单元的相对位置。