专利名称：具全幅对焦的3d影像撷取装置及方法
技术领域：
美国专利第5，748，371号(1998年5月5日发证，名称为"全幅对焦光学系统(Extended Depth of field Optical systems)"，于此并入作参考。美国专利第6，069，738号(2000年5月30日发证，名称为"延伸影像投射系统的景深的装置及方法(Apparatusand Methods for Extending Depth of field in Image Projection Systems)"),于此并入作参考。美国专利第6，525，302号(2003年2月25日发证，名称为"波前编码相位对比取像系统(Wavefront Coding Phase Contrast Imaging Systems)")于此并入作参考。国际专利申请案PCT/US2006/036556(申请日为2006年9月19日，名称为"任务式取像系 统(Task-based Imaging Systems)"，于此并入作参考。本发明是有关于一种具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法。
背景技术：
结构式照明(SI)或图案化照明将狭小光带投射至3D场景上，用以产生多条出现扭曲的照明线。扭曲可被取像并用以通过扭曲线的位置的三角测量来将一个或多个物体的表面形状重建在场景内。平行条纹的图案已经广泛被使用在结构式照明中。两种关于条纹图案产生的共同方法为雷射干涉与投射。雷射干涉方法使用两种互相干涉的激光束以产生有规则的线图案。不同的图案尺寸可通过改变这些光束的角度而获得。这方法产生具有未受限的景深的细微图案。然而，雷射干涉技术具有一些缺点，包括与实施相关的高成本，无法调变个别条纹，以及与从物体反射的光束的可能干扰。另一方面，投射方法使用一种具有非相干(incoherent)光源的投影机,用以产生图案化的光(例如视频投影机)。图案可能通过在投影机内的显示器(例如液晶显示器(LCD))而产生。仍然维持有一种对于发展以高分辨率且低成本撷取3D影像的系统与方法的需求。再者，存在有一种对于透过宽广景深(DOF)侦测投射线的强健方法的需求。
发明内容
本揭露内容通过提供一种具全幅对焦的3D影像撷取系统而推进此技艺。3D影像撷取系统合并波前编码(WFC)组件以延伸景深。在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的3D影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，用以通过网格屏蔽接收来自光源的图案化的光。第一 WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一 WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)遍及更宽的网格屏蔽的景深的范围实质上维持不变。在另实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，以及分光器，在第一 WFC组件与物体之间，用以改变来自光源的光方向。第一 WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一 WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)对于网格屏蔽的景深较不敏感。在更进一步的实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括光源 ，以及依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介。实体媒介被安置在光源与物体之间以供物体的结构式照明用。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现。光学系统亦包括在实体媒介与物体之间的分光器，用以改变来自光源的光方向。实体媒介被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有实体媒介的投影机的点扩散函数(PSF)对于实体媒介的景深较不敏感。在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的方法。此方法包括(1)从投影机投射光通过网格屏蔽与相位调变屏蔽以产生图案化的光；(2)以图案化的光照明3D物体；以及(3)以侦测器撷取由3D物体所反射的图案化的光。在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的方法。此方法包括从投影机朝向3D物体投射图案化的光，于此投影机包括光源与依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介，实体媒介被安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现。此方法亦包括将图案化的光照明至3D物体上。此方法还包括以侦测器撷取3D物体的影像，其中实体媒介被建构并配置成能使投影机的第一点扩散函数(PSF)比不具有实体媒介的投影机的点扩散函数(PSF)对于实体媒介的景深较不敏感。额外实施例与特征是在下述说明中被提出，且所属技术领域的技术人员在说明书的检验时将更明白或可能通过本发明的实行而学到。本发明的本质与优点的更进一步的理解可能参考说明书的其余部分而被实现。
图I为一种供物体的结构式照明用的已知光学系统的简化图。图2为在实施例中具全幅对焦的光学系统的简化图。图3为在实施例中具全幅对焦的折迭式光学系统。图4为于最佳聚焦下由图I的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。图5为于五个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。图6为于八个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。图7为于最佳聚焦下由图2或图3的全幅对焦光学系统看到的网格的灰阶影像。图8为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的网格的灰阶影像。图9为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的网格的灰阶影像。图10为于最佳聚焦下由图I的已知光学系统看到的图4的网格的等高线图。
图11为于五个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的图5的网格的等高线图。图12为于八个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的图6的网格的等高线图。图13为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图7的网格的等闻线图。图14为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图8的网格的等闻线图。图15为于八个波散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图9的网格的等闻线图。图16为于最佳聚焦下由图I的已知光学系统看到的点(例如网格的交点)的灰阶影像。图17为于五个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的图16的点的灰阶影像。图18为于八个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的图16的点的灰阶影像。图19为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的点(例如网格的交点)的灰阶影像。图20为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的灰阶影像。图21为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的灰阶影像。图22为于最佳聚焦下图I的已知光学系统的点扩散函数(PSF)。图23为于五个波的散焦下图I的已知光学系统的PSF。图24为于八个波的散焦下图I的已知光学系统的PSF。图25为于最佳聚焦下图2或图3的具全幅对焦的光学系统的PSF。图26为于五个波的散焦下图2或图3的具全幅对焦的光学系统的PSF。图27为于八个波的散焦下图2或图3的具全幅对焦的光学系统的PSF。图28为于最佳聚焦下由图I的已知光学系统看到的图16的点的等高线图。图29为于五个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的图17的点的等高线图。图30为于八个波的散焦下由图I的已知光学系统看到的图18的点的等高线图。
图31为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的等闻线图。图32为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图20的点的等闻线图。图33为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图21的点的等闻线图。图34为在替代实施例中具全幅对焦的光学系统的简化图。
具体实施例方式本揭露内容可能参考下述与图式相关联被考虑的详细说明而得以理解。吾人可注意到，为了说明清楚的目的，附图中的某些组件并未按比例绘制。为清楚起见，可能省略出现多次项的参考数字。在可能的情况下，遍及图式与下述说明系使用相同的参考数字以表示相同的或类似的部分。结构式照明可通过网格投射图案化的光至物体上，用以通过测量网格的表面失真来撷取物体的表面斜率。这个结构式照明技术需要投射并侦测网格的细微线遍及SI系统的撷取量。因此,一种已知的SI系统的撷取量(capture volume)受限于系统的景深，以使难以正确投射及/或侦测网网格线与它们的交叉点遍及大的撷取量。波前编码("WFC")为一种用以延伸光学系统的景深及用以校正光学像差的方法。举例而言，WFC利用特别设计的相位屏蔽以产生具有全幅对焦或聚焦("EdoF"或"ED0F")的点扩散函数(PSF)。点扩散函数("PSF")描述取像系统对于点源或点物体的反应。举例而言，WFC可能使用一种使影像均匀模糊不清的立方体的相位屏蔽。数字影像处理器接着可移除模糊(例如，当期望可视影像时)。然而，可能牺牲动态范围以延 伸景深。亦即，取像系统的调变转换函数(其可被看作是对比的测定)在如侦测到的影像数据中的某个空间频率中可能是低的。调变转换函数可利用影像处理而被增加，但放大低对比信号一般亦放大于相同空间频率下的噪声。本揭露书提供整合取像系统与WFC以延伸景深，用以低成本地撷取3D影像的系统与方法。更明确而言，这些系统使用第一 WFC组件以遍及全幅对焦投射结构式照明的网格，并使用可选择的第二 WFC组件以遍及全幅对焦侦测结构式照明的网格。WFC组件亦可减少关于色彩编码的结构式照明的色像差。图I为一种供物体的结构式照明用的已知光学系统100的简化图。已知的光学系统100可包括投影机102及用以观看物体106的侦测器104 (例如照相机)。投影机102包括用以朝向物体106放射光的光源。侦测器104接收来自物体106的散射或绕射光。图2为一种具全幅对焦的光学系统200的简化图。系统200包括投射臂220与侦测臂230，投射臂220具有投影机202，投影机202具有第一 WFC组件208，而侦测臂230具有侦测器204 (例如照相机)，侦测器204具有可选择的第二 WFC组件214。来自投影机202的光通过第一 WFC组件208并碰到物体206。从物体206朝向侦测器204的光散射或绕射通过第二 WFC组件214。投影机202可包括网格屏蔽210以供结构式照明用。第一 WFC组件208提供网格210相位调变，以使网格210于最佳聚焦下，在系统200中比在已知系统100中似乎较不锐利。然而，将第一 WFC组件208并入系统200允许投影机202的网格210被侦测遍及景深的较宽范围，以使网格210的矩心可能透过景深的较宽范围而正确被决定。虽然系统200具有全幅对焦，但因为并入第一 WFC组件208的结果，于最佳聚焦下可能减少系统200中的信号噪声比(SNR)。可选择的第二 WFC组件214被并入系统200中以供补偿因第一 WFC组件208而产生的横向位移。然而，第二 WFC组件214可能使影像模糊不清。第二 WFC组件214可能是可移动或可移除的，且只有在需要用以对横向位移加以补偿时被使用。以下更进一步讨论第一与第二 WFC组件。系统200的一项限制为物体206不应但可能阻碍来自投影机202的照明。在系统200中，投影机202与侦测器204并未对准。投影机与侦测器较佳是可对准，以使来自投影机的光碰到物体，且光朝与如可由系统侦测到的光的输入方向相同的方向返回散射朝向侦测器。对准的投影机与侦测器的优点为被投射光学所照明的所有表面对接收光学是"可见的"，而反之亦然。某些物体可能在其它物体后方，但将照明对接收光学是"可见的"至少所有物体。为这种具有与侦测器对准的投影机的系统提供例子。图3为一种具全幅对焦的折迭式光学系统300。折迭式光学系统300包括以虚线为界限的照明臂或投射臂320以及侦测臂330。投射臂320可包括光源302、网格屏蔽304、准直透镜306A、第一 WFC组件308、透镜306B、双用途折迭分光器310，以及双用透镜(dual-purpose lens) 312。侦测臂330包括透镜312、分光器310、可选择的第二 WFC组件314、透镜322，以及侦测器316。分光器310与透镜312被使用于投射臂320及侦测器臂330两者以提供双用途。在投射臂320中，来自光源302的光通过准直透镜306A而被凝聚，其可能位于距离光源302大概一个焦距。准直透镜306A提供网格屏蔽304均匀的照明。透镜306B可能被置于距离网格屏蔽304大概一个焦距，并以傅立叶 方式变换网格屏蔽304的影像。傅立叶平面为在垂直于光学轴线的空间中的平面，于此影像通过透镜而被进行傅立叶变换。对于在透镜前的一个焦距的影像而言，其傅立叶变换是在透镜后的一个焦距被发现。第一 WFC组件308安置在透镜306B与分光器310之间且靠近投射臂320的傅立叶平面320A，以使网格屏蔽304维持良好聚焦遍且比没有使用第一 WFC组件308的更长的距离。傅立叶平面320A大概距离透镜312 —个焦距以及距离透镜306B —个焦距。透镜312为双用透镜，其运作为供投射臂320用的投射镜头以及供侦测臂330用的傅里叶变换镜头。投射臂320中的第一 WFC组件308于最佳聚焦下，使得网格屏蔽304比已知光学系统100的网格屏蔽似乎较不锐利。因此，于最佳聚焦下，系统300的信号噪声比可能低于已知光学系统100的信号噪声比。然而,系统300允许网格屏蔽304遍及全幅对焦而被侦测，以使网格屏蔽304的矩心可能遍及全幅对焦而正确被决定。光源302可放射可见光或不可见光。举例而言，当系统300的用户不想要物体318(例如人类或动物)察觉到影像撷取时，可能使用红外光。在替代实施例中，网格屏蔽304、准直透镜306以及第一 WFC组件308的一个或多个可能结合或并入单一组件222 (以虚线为界限)中，借以减少系统300所需要的部件数量与对准步骤，并潜在地降低制造成本及增加系统的质量及性能。网格屏蔽304可能是可移动或可移除的，以使投射臂320可能用来照明物体318，借以使系统300类似照相机地撷取物体318的简单影像。分光器310允许系统300通过改变来自投影机臂320的光方向而被折迭，俾能使其共享条具有被侦测器316所接收的光的光路径。分光器310将来自光源302的输入光束332局部反射至物体318。更明确而言，光束332以大约45度碰到分光器310的表面334，其至少局部反射来自表面334的光束332以形成朝向物体318的光束332a。光束332a碰到物体318，返回散射并传输通过分光器310，且可能通过可选择的第二 WFC组件314，并在侦测器316上形成照明物体318的影像。分光器310亦可能是可移动或可移除的，用以在不需要来自投射臂320的照明时，允许系统300的低光或低照明操作。分光器310的反射表面334譬如可能是半镀银镜。表面334可能由一种具有薄金属涂层(例如铝)或介电涂层的玻璃板所构成。表面334的反射对传输比率可随着材料与波长改变。在侦测臂330中，透镜322操作为目镜透镜，借以形成影像至侦测器316上。透镜322被置于距离侦测器316大概一个焦距。分光器310将来自物体318的光传输至侦测器316。第二 WFC组件314可能可选择地被包括在内以提供让物体318的取像用的全幅对焦，及/或以补偿因第一 WFC组件308而产生的横向位移。
在实施例中，第一 WFC组件208或308可包括高阶可分离(HOS)组件与高阶近乎可分离(HONS)组件或弱非可分离组件。HOS及/或HONS组件具有集中它们在水平与垂直方向(大部分的网格影像沿着其所配向的方向)的调变的益处。然而，HOS及/或HONS组件亦可按照散焦产生点扩散函数(PSF)的横向位移，其意味着于各种深度的3D物体318的点在侦测器臂330的影像平面中具有不同的横向位移。第二 WFC组件314可能被置于靠近侦测臂330的傅立叶平面330A，以增加不仅物体318的撷取影像而且增加投射的网格屏蔽304的撷取影像的D0F。傅立叶平面330A距离透镜322大概一个焦距且远离透镜312大概一个焦距。第二 WFC组件314可能是与第一WFC组件208或308相同的型式，但被旋转俾能补偿或校正由第一 WFC组件308所导致的横向位移，如现在要说明的。假设分光器310被使用以将投射与侦测臂320与330两者结合至一个系统300中，且分光器包括位于45度角的反射表面334，则在包括第一 WFC组件308的投射臂320的光轴线350与包括第二 WFC组件314的侦测臂330的光轴线360之间将有90度的旋转。举例而言，投射臂320的光轴线350实质上垂直于侦测器臂330的光轴线360。依据图3所示的坐标系统370A，第一 WFC组件308可具有在x与y坐标上的相位轮廓以及沿着z轴线方向的光轴线350。依据图3所示的坐标系统370B，第二 WFC组件314具有在X'及Y'坐标上的相位轮廓以及沿着Z'轴线的光轴线360。如图3所显示，第二 WFC组件314的Y'轴线位在与第一 WFC组件308的Y轴线相同的方向。第二 WFC组件314的Z'轴线绕着第一 WFC组件308的Y轴线顺时针旋转90度，以使第二 WFC组件314的Z'轴线位在与第一 WFC组件308的X轴线相同的方向。第二WFC组件314的V轴线与第一 WFC组件308的z轴线正相反，以使因第一 WFC组件308而产生的横向位移可能由第二 WFC组件314所补偿。第一 WFC组件308具有两个末端340A与340B,末端340A位于比末端340B更正的x坐标。关于第二 WFC组件314相对于第一 WFC组件308的方向，吾人可以想象第二 WFC组件314可从第一 WFC组件308的末端340A，绕着第一 WFC组件308的Y轴线逆时针方向旋转90度。在90度旋转的后，第二 WFC组件314围绕第二 WFC组件314的V轴线快速移动180度。在旋转的后，第二 WFC组件314的端355B位于比第二 WFC组件314的第二端355A更正的X'坐标。第二 WFC组件的末端355A与355B分别对应至末端340A与340B。这种方式的在网格屏蔽304与侦测器316之间的所有点通过第一与第二 WFC组件308与314而经历大概相同的相位调变量，从而按照散焦补偿任何因第一 WFC组件308而产生的横向位移。通过在第一 WFC组件208或308中使用一种三次或HOS函数，大部分的调变被集中在X与y方向，于此网网格线不失真，譬如60%、80%、90%或更高。换言之，第一 WFC组件208或308被设计成用以沿着网网格线(例如图7-9的网网格线702、802与902)集中大部分的相位调变。在实施例中，第一与第二WFC组件可包括弱非可分离函数(weakly non-separablefunction)。第一 WFC组件的弱非可分离函数可能被表示成
权利要求
1.一种用以撷取3D物体的影像的光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机，其特征在于，所述投影机包括 光源； 网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽，用以通过所述网格屏蔽接收来自所述光源的图案化的光，其中所述第一 WFC组件被建构并配置成能使所述投影机的点扩散函数(PSF)比不具有所述第一WFC组件的所述投影机的点扩散函数(PSF)遍及所述网格屏蔽的景深的较宽的范围实质上维持不变。
2.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的波的至少一半。
3.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于，所述第一WFC组件被设计成用以沿着所述网格屏蔽的多条网网格线集中至少60%的相位调变。
4.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于，还包括侦测器，用以利用来自所述投影机的结构式照明侦测所述物体。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，还包括位于所述物体与所述侦测器之间的第二 WFC组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述网格屏蔽的第二影像具有比不具有所述第二 WFC组件的影像更大的景深。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二WFC组件包括循环对称WFC组件。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述循环对称WFC组件被表示成P(P) =f(p)，其中p2 = x2+y2，P为所述侦测器的傅立叶平面的半径，而f (P)为高阶多项式。
8.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一WFC组件与第二 WFC组件的每一个包括循环对称WFC组件。
9.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括弱非可分离函数。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，关于所述第一WFC组件的所述弱非N N可分离函数被表示为ΣΣ . ...关于所述第二 WFC组件的所述弱P(x,y) = ' j OliX1 + Pjyj +γχ1 yj, N N非可分离函数被表示为ΣΣ印为 ρ(χ’,υ’)= 1 j ο^-χ’)1 + β|(-Υ7+ γ(-χ’)丨(-y')j，正整数，其中r轴线位在与Y轴线相同的方向，Z'轴线位在与X轴线相同的方向，而Γ轴线位在Z轴线的相反方向。
11.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括高阶可分离函数。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，关于所述第一WFC组件的所述高阶可分离函数被表示为
13.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括三次函数。
14.根据权利要求13所述的光学系统，其特征在于，关于所述第一WFC组件的所述三次函数被表示为ax3+Py3，而关于所述第二 WFC组件的所述三次函数被表示为_(αΧ, 3+βΥ/ 3)，其中Γ轴线位在与Y轴线相同的方向，Z'轴线位在与X轴线相同的方向，以及Γ轴线位在ζ轴线的相反方向。
15.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二WFC组件被设计成是可移动或可移除的。
16.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于，所述网格屏蔽与所述第一WFC组件为单一组件的一部分，所述单一组件包括模压塑料。
17.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于，来自所述光源的光包括可见光与红外光的至少一个。
18.一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机，其特征在于，所述投影机包括 光源； 网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用， 第一波前编码(WFC)组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽；以及 分光器，在所述第一 WFC组件与所述物体之间，用以改变来自所述光源的光方向，其中所述第一WFC组件被建构并配置成能使所述投影机的点扩散函数(PSF)比不具有所述第一WFC组件的所述投影机的点扩散函数(PSF)对于所述网格屏蔽的景深较不敏感。
19.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的波的至少一半。
20.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一WFC组件被设计成用以沿着多条网网格线集中至少60%的相位调变。
21.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，还包括用以侦测所述物体的侦测部分，其中所述侦测部分包括侦测器，其中所述分光器安置在所述侦测器与所述物体之间。
22.根据权利要求21所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述侦测部分包括安置在所述分光器与所述侦测器之间的第二 WFC组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述网格屏蔽的第二影像具有比不具有所述第二 WFC组件的影像更大的景深。
23.根据权利要求22所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第二WFC组件包括循环对称WFC组件。
24.根据权利要求22所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一WFC组件与所述第二 WFC组件的每一个包括循环对称WFC组件。
25.根据权利要求22所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括弱非可分离函数。
26.根据权利要求22所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括高阶可分离函数。
27.根据权利要求22所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括三次函数。
28.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，来自所述光源的光包括可见光与红外光的至少一个。
29.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述分光器被设计成是可移动或可移除的。
30.一种用以撷取3D物体的影像的光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机，其特征在于，所述投影机包括 光源； 实体媒介，依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案，所述实体媒介安置在所述光源与所述物体之间以供所述物体的结构式照明用，其中所述CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现；以及 分光器，在所述实体媒介与所述物体之间，用以改变来自所述光源的光方向，其中所述实体媒介被建构并配置成能使所述投影机的点扩散函数(PSF)比不具有所述实体媒介的所述投影机的点扩散函数(PSF)对于所述实体媒介的景深较不敏感。
31.根据权利要求30所述的光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的波的至少一半。
32.根据权利要求30所述的光学系统，其特征在于，所述光源包括雷射二极管与发光二极管的至少一个，其中来自所述光源的光至少局部相干。
33.根据权利要求30所述的光学系统，其特征在于，所述实体媒介包括透明塑料。
34.根据权利要求33所述的光学系统，其特征在于，所述塑料包括聚(甲基丙烯酸甲酯)。
35.根据权利要求30所述的光学系统，其特征在于，所述第一WFC组件被设计成用以沿着多条网网格线集中至少60%的相位调变。
36.根据权利要求30所述的光学系统，其特征在于，还包括用以侦测所述物体的侦测部分，其中所述侦测部分包括侦测器，其中所述分光器安置在所述侦测器与所述物体之间。
37.根据权利要求36所述的光学系统，其特征在于，所述侦测部分包括安置在所述分光器与所述侦测器之间的第二 WFC组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述实体媒介的第二影像具有比不具有所述第二 WFC组件的影像更大的景深。
38.根据权利要求37所述的光学系统，其特征在于，所述第二WFC组件包括循环对称WFC组件。
39.根据权利要求37所述的光学系统，其特征在于，所述第一WFC组件与所述第二 WFC组件的每一个包括循环对称WFC组件。
40.根据权利要求37所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括弱非可分离函数。
41.根据权利要求37所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括高阶可分离函数。
42.根据权利要求37所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二WFC组件的每一个包括三次函数。
43.一种用以撷取3D物体的影像的方法，其特征在于，包括 从投影机投射光通过网格屏蔽与相位调变屏蔽以产生图案化的光； 以所述图案化的光照明所述3D物体；以及 以侦测器撷取由所述3D物体所反射的图案化的光。
44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括在撷取的步骤的前，通过第二相位调变屏蔽投射由所述3D物体所反射的所述图案化的光。
45.一种用以撷取3D物体的影像的方法，其特征在于，包括 从投影机投射图案化的光朝向所述3D物体，其中所述投影机包括光源与依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介，所述实体媒介安置在所述光源与所述物体之间以供所述物体的结构式照明用，其中所述CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现； 使所述图案化的光照明至所述3D物体上；以及 以侦测器撷取所述3D物体的多个影像，其中所述实体媒介被建构并配置成能使所述投影机的第一点扩散函数(PSF)比不具有所述实体媒介的所述投影机的点扩散函数(PSF)对于所述实体媒介的景深较不敏感。
46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，还包括置放第二WFC组件在所述3D物体与所述侦测器之间，用以对因所述第一 WFC组件所产生的多个横向位移加以补偿。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述景深为散焦的中心波长的至少一半。
48.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括放射来自所述光源的至少局部地相干光。
49.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述实体媒介包括透明塑料。
50.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述塑料包括聚(甲基丙烯酸甲酯)。
全文摘要
一种具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法。本发明提供一种用以撷取3D物体的3D影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明。投影机包括光源；网格屏蔽，安置在光源与物体之间，以供物体的结构式照明用；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，用以通过网格屏蔽接收来自光源的图案化的光。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)遍及更宽的网格屏蔽的景深的范围实质上维持不变。
文档编号G02B27/46GK102636874SQ20121002967
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月8日 优先权日2011年2月9日
发明者丹尼斯·J·加拉格尔, 保罗·E·X·希尔维拉, 高路 申请人:全视技术有限公司