专利名称：热调谐深度相机光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及深度相机技术，尤其涉及热调谐深度相机光源。
背景技术：
用于创建物体三维图像的深度相机通常包括成像滤器，用于从由深度相机成像光源投射的成像光滤除环境光。为了有效操作，应该将在成像滤器处接收的大部分成像光传送到深度相机成像传感器，而应该滤除大部分背景光。然而，除非成像滤器与成像光波长相匹配，否则很难在不降低成像光透射的情况下滤除背景光。在不降低成像光投射的情况下改进背景光过滤的一些方法包括使用可调谐成像滤器。然而，可调谐成像滤器可能十分昂贵并且需要复杂的反馈电路才能操作。一些其它方法包括测试多个成像滤器和成像光源以便可以标识和配对出若干对。然而，这些方法可能需要昂贵的测试以及大量库存的维护。
发明内容
公开了用于在深度相机制造过程中执行的热调谐模式中设置深度相机光源工作温度的各种实施例。一种方法的一个实施例包括在多个光源温度下用来自光源的光照射目标；对于每个光源温度，感测在光传感器处接收的通过位于目标和光传感器之间的滤光器的反射光强；基于所感测强度与所存储参考数据的比较，近似滤光器截止频率与光源发射波长之间的频率响应关系；生成温度设定点使得光源发射波长与滤光器截止频率的交叠不超过预定交叠阈值；以及编程温度控制器以在深度相机操作期间将光源控制在温度设定点ο提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下的具体实施方式
中进一步描述的概念精选。本发明内容并不旨在标识出所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本发明的任一部分中提及的任何或所有缺点的实现。
图1示例性示出根据本公开实施例的深度相机组装系统的工作环境。图2示出了根据本公开实施例的热调谐深度相机光源的方法的流程图。图3示例性示出根据本公开实施例的深度相机光源的热调谐站。图4根据本公开实施例，示例性示出光源发射波长与光源温度之间的相互关系， 还示例性示出光源温度与滤光器截止频率之间的相互关系。图5示例性示出根据本公开的深度相机另一实施例。
具体实施例方式深度相机可以用于从在各种深度相机像素处捕捉的距离信息和图像信息中创建对象的三维图像。例如，深度相机可以用于建立正由该深度相机成像的人物的三维模型，该模型可以被显示或者在某些情况下用作游戏系统中游戏软件的输入。因此，在该示例中，人物的三维模型可以用于，例如通过在游戏截图中包括该模型，而在视频游戏显示中成像人物的图形表示，或者可以用于从建模人物接收用户输入，使得诸如非玩家角色、制品等游戏软件的其它交互元素响应于建模人物的运动。深度相机通常包括用照射光来照射要被成像的对象的照射系统，以及用于基于从对象反射的照射光来生成对象图像的成像系统。在一些示例中，照射光可以是结构化光，用于提供由成像系统进行分析的干涉图案以确定三维信息。在一些其它示例中，照射光可以是脉冲光，用于为由成像系统执行的飞行时间测量提供基础以确定三维信息。无论采用何种方法来捕捉深度信息，成像系统通常被配置成在光传感器处感测所反射的照射光，在一些实施例中光传感器是电荷耦合装置。因为环境光可能会干扰由成像系统执行的分析，所以在一些实施例中，可以在成像系统中包括诸如带通滤波器之类的滤光器，用于在光传感器之前从所反射的照射光滤除一部分背景光。例如，使用红外光源的滤光器可以被配置成反射可见光并传送红外光。因此，在一些实施例中，照射光源和滤光器可以被配置成使得照射光的发射波长与滤光器的通带交叠。然而，由于光源和滤光器的制造操作的天然变化，一些光源可能具有与一些滤光器的截止波长相交叠的发射波长。换言之，因为照射光频率落在滤光器通带之外，滤光器可能无法将反射照射光的一些或全部透射到光传感器。因此，在一些实施例中，光源的发射波长可以被热调节成与滤光器的通带交叠。虽然以下描述的示例实施例中的一些参照了游戏控制台和游戏系统，但是应该明白，这些示例仅仅是为说明目的而提供，所描述的深度相机可以用于落公开范围内的任何适当上下文中和/或工作环境中。其它非限制性示例工作环境包括移动无线设备、客户机计算设备和服务器计算设备。图1示出用于组装、配置和封装深度相机以便向客户发货的深度相机组装系统 100的实施例。如图1所示，深度相机组装系统100包括用于组装深度相机150的深度相机组装站102。例如，在深度相机组装站102，照射系统和成像系统可以安装在深度相机150中。在热调谐站104，由热调谐站104执行的热调谐模块可以在制造过程的热调谐模式(以下会详细描述细节)中热调谐深度相机光源的发射波长，使其与滤光器通带的至少一部分重叠。除此之外或者作为替代，在一些实施例中，可以热调谐光源发射波长，使得光源发射波长与滤光器截止频率交叠不超过预定容许交叠阈值。应该明白，由深度相机150的光源发射的光波长可以根据材料和制造条件而稍微变化，尤其是由于对光源波长频率容限的紧密控制会不期望地增加制造成本，因此可以在制造中选择低容限光源。以本文所述的方式热调谐光源发射波长可以允许在无需首先验证滤光器会将发射波长投射到光传感器的情况下将滤光器和光源组装到深度相机中。因此， 这可以允许深度相机制造商避免使用具有紧密控制的容限的高成本光源，并且避免对稍微不同的波长执行耗时的光源和滤光器配对测试和/或维护大量光源和滤光器的库存。在一些实施例中，可以通过首先近似滤光器的截止频率与光源的发射波长之间的频率响应关系，在热调谐站104调谐光源发射波长。该近似可以基于在成像系统的光传感
5器处感测的光强与所存储的强度参考数据之间的比较。随后，可以基于该近似生成光源的静态工作温度设定点。一旦生成静态工作温度设定点，可以通过设定点编程光源温度控制器，使得在深度相机操作模式期间维持设定点温度，如以下参照图3详细描述的。在如图1所示的实施例中，一旦通过静态工作温度设定点编程光源温度控制器， 将深度相机150传送到在制造过程的结束处的深度相机封装站106，其中深度相机150被封装以便向客户发货。客户对深度相机的首次使用标记深度相机工作模式的开始。在如图1 所示的示例中，在深度相机150的制造过程中，只执行热调谐模式。然而，应该明白，在一些实施例中，热调谐模式可以在深度相机未处于工作模式的任何合适时间执行。可以执行热调谐模式的示例情况包括，但不限于，响应于深度相机初始启动和/或通电、响应于从中央服务器接收的命令(诸如在深度相机的固件和/或软件升级事件期间)、和/或响应于由深度相机接收的执行热调谐模式的用户命令的情况。图3示出热调谐站104A的实施例，包括与深度相机150A电学通信的热调谐设备 350。在该实施例中，深度相机150A是包括处理器314和存储器318的计算设备组件。深度相机150A还包括照射系统320和成像系统326。在一些实施例中，深度相机150A可以被包括在游戏控制台中，该游戏控制台可以具有自身的处理器314A、存储器318A和相关的海量储存设备316A。类似地，热调谐设备350是包括处理器354、海量储存352和存储器356的计算设备，并且包括存储其上的程序逻辑以执行本文所述的功能。应该明白，图3所示的热调谐站104A的实施例只是描述性的，在本公开的范围内也可以使用其它合适的实施例(诸如下文所述的图5所示实施例)。参照图2详细描述以上提到的热调谐模式，图2示出热调谐方法200的实施例的流程图。热调谐方法200可以由任何合适的硬件和/或软件来执行，包括以上所述图3中示出的以及下文所述图5中示出的硬件和软件模块。方法200包括在202，在深度相机制造过程中执行的深度相机光源的热调谐模式期间，在照射系统中设置光源调谐温度。对于一些光源，诸如发光二极管激光器，改变光源温度可以改变光源的发射波长。例如，图4示出光源发射波长与光源温度之间的示例相互关系400。在如图4所示的示例，将光源温度设置为42°C导致828nm的光发射。升高光源温度会导致发射波长的相应增大。作为参考，光源温度的30°C理论调节会造成标准边缘发射法布里-珀罗激光器的IOnm波长位移，但是在制造设置中的调谐期间，这一显著调节并不典型。以下可以采用设置光源调谐温度的合适方法。在图3所示的实施例中，发射系统 320包括与光源322热通信的光源温度控制器324。在一些实施例中，光源温度控制器3 可以包括用于响应于所编程的温度设定点加热和/或冷却光源322的热电设备，但是应该明白，可以在光源温度控制器324中包括用于改变光源温度的其它设备(例如风扇和/或热交换器)。此外，应该明白，在一些实施例中，光源温度控制器3M可以包括存储在控制器存储器中用于控制光源322的温度的合适程序。继续图2，在204，方法200包括用来自在光源调谐温度下的深度相机光源的照射光来照射反射性目标。可以采用任何合适的光源来生成照射光。光源的非限制性示例可以包括被配置成在一个或多个发射波长处发射红外光的一个或多个发光二极管激光器。在如图3所示的实施例中，光源322包括在深度相机150A的照射系统320中。然而，应该明白，在一些实施例中，光源可以是独立光源，或者可以包括在深度相机外围设备中。应该明白，在本公开的范围内，可以采用任何合适的反射性目标。在图3所示的示例中，反射性目标304被示为由光源322照射。在某些实施例中，反射性目标可以包括白色的反射性场，但是应该明白，在一些实施例中可以包括和/或替换成其它颜色。此外，在一些实施例中，反射性目标可以包括各种图案、纹理和/或形状。反射性目标可以位于距深度相机任何合适的距离处。在一些非限制性示例中，反射性目标可以位于距深度相机约1.2 米处。在一些实施例中，包括在照射系统320中的光学器件可以包括用于调谐所投射的照射光的一个或多个衍射光栅。这些衍射光栅可能会在反射照射光中引入光学伪像，当被光传感器检测时，光学伪像可能表现为阴影和/或热点。因为热点可能使一些光传感器饱和并导致所感测强度数据的丢失和/或失真，在一些实施例中，反射照射光可以在被光传感器接收之前穿过位于反射性目标与滤光器之间的光学扩散器。这可以平滑离散光学伪像，并避免在光传感器处的饱和。例如，在图3所示的实施例中，反射照射光被示为在成像系统3 接收之前穿过光学扩散器304。继续图2，在一些实施例中，方法200包括在206，在每个光源调谐温度下调节光源电流，使光源在各个光源调谐温度下产生均勻功率。使用该方法，可以基于在光传感器处的光强测量确定相对光源功率(与参考光源功率相比)。然后，相对光源功率可以为近似滤光器的截止频率与光源的发射波长之间的频率响应关系以及为基于此设置静态工作温度设定点形成基础。虽然图2参考用于维持均勻光源功率的电流调节，但是应该明白，在本公开的范围内，可以采用任何合适的方法来维持光源功率的均勻。表1提供用于在光源调谐温度的示例范围上维护约ISOmW的均勻功率的光源示例电流调节参数。
权利要求
1.一种用于深度相机(150)的光源(322)的热调谐系统(104)，所述深度相机包括用于生成照射光的所述光源以及用于从所反射的照射光生成光强数据的光传感器(330)，所述热调谐系统包括反射性目标(302)；以及热调谐站(350)，包括: 存储器(356)， 处理器(354)，以及热调谐模块(358)，所述热调谐模块由所述调整站的处理器使用所述存储器的部分来执行，并且包括在制造过程中执行的光源热调谐模式中进行以下操作的指令 在多个光源调谐温度下用来自所述光源的照射光照射反射性目标， 对于每个光源调谐温度，感测在所述光传感器处接收的、通过位于所述反射性目标与所述光传感器之间的滤光器(3 )的所反射的照射光的强度；基于所感测强度与所存储强度参考数据(360)的比较，近似所述滤光器的截止频率与所述光源的发射波长之间的频率响应关系；为所述光源生成静态工作温度设定点，使得所述光源的发射波长与所述滤光器的截止频率交叠不超过预定容许交叠阈值；以及编程光源温度控制器(3M)以在深度相机操作期间将光源工作温度控制在所述静态工作温度。
2.如权利要求1所述的热调谐系统，其特征在于，还包括位于所述反射性目标与所述滤光器之间的光学扩散器。
3.如权利要求1所述的热调谐系统，其特征在于，还包括在每一个所述光源调谐温度下调节光源电流，使得在所述热调谐模式期间所述光源对每一个所述光源调谐温度产生均勻 功率的指令。
4.如权利要求3所述的热调谐系统，其特征在于，所述强度是在所述光传感器处从平均光生成率产生的。
5.如权利要求4所述的热调谐系统，其特征在于，所述平均光生成率是多个光强信号的几何平均，每个光强信号在不同光传感器像素处生成。
6.如权利要求1所述的热调谐系统，其特征在于，所存储强度参考数据包括查找表，所述查找表包含多个静态工作温度设定点的判定。
7.如权利要求1所述的热调谐系统，其特征在于，所述预定容许交叠阈值被选择成使得在深度相机操作期间所述照射光的最大功率的至少90%由所述滤光器透射到所述光传感器。
8.如权利要求1所述的热调谐系统，其特征在于，所述预定容许交叠阈值被选择成使得所述滤光器的截止频率与所述光源的发射波长没有交叠。
9.一种用于设置深度相机(150)的光源工作温度的热调谐方法000)，所述方法包括在所述光源的热调谐模式中在多个光源调谐温度下用来自深度相机光源(322)的照射光照射(204)反射性目标； 对于每个光源调谐温度，感测(210)在所述深度相机的光传感器(330)处接收的、通过位于所述反射性目标与所述光传感器之间的滤光器(3 )的所反射的照射光的强度；基于所感测强度与所存储强度参考数据(360)的比较，近似(216)所述滤光器的截止频率与所述光源的发射波长之间的频率响应关系；为所述光源生成(218)静态工作温度设定点，使得所述光源的发射波长与所述滤光器的截止频率交叠不超过预定容许交叠阈值；以及编程(226)光源温度控制器(324)以在深度相机操作期间将光源工作温度控制在所述静态工作温度。
10.如权利要求9所述的热调谐方法，其特征在于，生成所述静态工作温度设定点包括将所述预定容许交叠阈值选择成使得在深度相机操作期间所述照射光的最大功率的至少 90%由所述滤光器透射到所述光传感器。
11.如权利要求9所述的热调谐方法，其特征在于，生成所述静态工作温度设定点包括将所述预定容许交叠阈值选择成使得所述滤光器的截止频率与所述光源的发射波长没有交叠。
12.如权利要求9所述的热调谐方法，其特征在于，所存储强度参考数据包括查找表， 所述查找表包含多个静态工作温度设定点的判定。
13.如权利要求9所述的热调谐方法，其特征在于，还包括基于所感测强度与所存储强度参考数据的比较来指示深度相机出错。
14.如权利要求9所述的热调谐方法，其特征在于，还包括从所述反射性目标接收所反射的照射光，所述反射光透过位于所述反射性目标与所述滤光器之间的光学扩散器。
15.如权利要求14所述的热调谐方法，其特征在于，还包括在每一个所述光源调谐温度下调节光源电流使得在所述热调谐模式期间所述光源对每一个所述光源调谐温度产生均勻功率。
全文摘要
本发明揭示了热调谐深度相机光源，公开了用于在深度相机制造过程中执行的热调谐模式中设置深度相机光源工作温度的各种实施例。一种方法的一个实施例包括在多个光源温度下用来自光源的光照射目标；对于每个光源温度，感测在光传感器处接收的通过位于目标和光传感器之间的滤光器的反射光强；基于所感测强度与所存储参考数据的比较，估计滤光器截止频率与光源发射波长之间的频率响应关系；生成温度设定点使得光源发射波长与滤光器截止频率的交叠不超过预定交叠阈值；以及编程温度控制器以在深度相机操作期间将光源控制在温度设定点。
文档编号G03B15/05GK102253570SQ20111016219
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月8日 优先权日2010年6月9日
发明者P·马萨尔卡, S·麦克尔道尼, Y·方 申请人:微软公司