结构光深度感测器及感测方法与流程

本发明涉及一种深度感测器，特别是一种编码结构光深度感测器及感测方法。

背景技术：

结构光深度感测器主要分为时间域与空间域两种辨识技术，可广泛应用于3d人脸辨识、手势辨识、3d扫描仪与精密加工等。人脸辨识与手势辨识因辨识速度的需求与感测距离限制等因素，大多使用空间域结构光的深度感测技术。

结构光深度感测器利用结构光投射器主动对投射物或投射空间进行特征标定，再由相机拍摄，通过比对投射器的图像及相机拍摄的图像得到投射空间中每一点的视差，从而计算其深度。比对时，由于需先在投射器的图像中确定一个区块，然后在相机拍摄的图像中匹配到一样的区块，因此区块大小直接影响到计算精度，区块尺寸越大，精度越低。且现有技术中使用的结构光投射器必须为光源点不规则排列的光源，否则无法匹配区块，但这种光源不易获得。

技术实现要素：

本发明一方面提供一种结构光深度感测器，用于感测对象的深度，所述结构光深度感测器包括：

投射器，包括多点光源，所述多点光源包括多个等间距排列的光源点，所述多点光源用于向所述对象投射不同编码的结构光；

相机，设于所述投射器的一侧，用于拍摄由所述对象反射的结构光；

存储器，用于存储所述相机的参数信息、以及所述投射器与所述相机的距离信息；及

处理器，分别与所述投射器、所述相机及所述存储器电性连接；

所述处理器控制所述投射器向所述对象多次投射不同编码的结构光，控制所述相机拍摄多次由所述对象反射的结构光，并根据所述存储器内的所述参数信息与所述距离信息，所述投射器投射的不同编码的结构光的信息及所述相机拍摄的结构光的信息计算所述对象的深度。

本发明另一方面提供一种感测方法，包括：

生成不同编码的结构光；

向对象连续投射不同编码的结构光，形成多个编码图像；

获取经所述对象反射的不同编码的结构光，形成多个拍摄图像；

按投射次序分别将多个所述编码图像生成编码图像组及对应的多个拍摄图像生成拍摄图像组；

设定检测区块；

根据所述检测区块的尺寸分别在多个所述编码图像内提取同一位置的编码区块；

按所述编码图像组的次序将多个所述编码区块生成编码区块组；

根据所述检测区块的尺寸分别在多个所述拍摄图像内提取同一位置的拍摄区块；

按所述拍摄图像组的次序将多个所述拍摄区块生成拍摄区块组；

匹配所述编码区块组与所述拍摄区块组；

计算匹配完成的所述编码区块组与所述拍摄区块组的视差；

根据所述视差计算所述对象的深度。

相较于现有技术，本发明通过所述处理器控制所述多点光源向对象连续投射多次不同编码的结构光形成多个编码图像，并控制所述相机拍摄每次由所述对象反射的结构光形成多个所述拍摄图像，并根据所述存储器内的所述参数信息、所述距离信息计算所述对象的深度，使用等间距排列的所述光源点的所述多点光源，缩小了所述检测区块的面积，从而提高了感测精度。

附图说明

图1为本发明所提供的结构光深度感测器的结构框图。

图2a为图1所示的结构光深度感测器的投射器的结构示意图。

图2b为图2a所示的投射器的光源的另一角度的结构示意图。

图3为图1所示的结构光深度感测器的原理图。

图4为本发明所提供的一种感测方法的流程图。

图5a为图4所示的一种感测方法的第一实施例的多点光源的结构示意图。

图5b为图4所示的一种感测方法的第一实施例的编码图像组的示意图。

图5c为图4所示的一种感测方法的第一实施例的拍摄图像组的示意图。

图6为图4所示的一种感测方法的第一实施例的流程图。

图7a为图4所示的一种感测方法的第二实施例的编码图像的示意图。

图7b为图4所示的一种感测方法的第二实施例的拍摄图像的示意图。

图8为图4所示的一种感测方法的第二实施例的流程图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请参阅图1，结构光深度感测器100包括投射器10、相机20、处理器30及存储器40。处理器30分别与投射器10、相机20、存储器40电性连接，存储器40内存有相机20的参数信息、投射器10与相机20的距离信息。

请参阅图2a和图2b，投射器10包括多点光源11、透镜13和衍射光学元件12。多点光源11包括多个等间距排列的光源点111，用于连续向对象投射结构光。衍射光学元件12与多点光源11相对设置，用于将多点光源11发射的激光分成多束。透镜13设于多点光源11与衍射光学元件12之间。在本实施例中，多点光源11为垂直腔面发射激光器，但不限于此。

请参阅图3，相机20设于投射器10的一侧，相机20与投射器10的距离为b。相机20的焦距为f。处理器30能够控制投射器10向对象400多次投射不同编码的结构光，控制相机20拍摄多次由对象400反射的结构光，并根据存储器40内的参数信息、距离信息、投射器投射的不同编码的结构光信息及相机拍摄的结构光信息计算对象400的深度。结构光深度感测器100感测对象400的深度的原理为：处理器30控制多点光源11经过透镜13和衍射光学元件12投射编码结构光，以获取一编码图像60。结构光被对象400反射而由相机20拍摄为拍摄图像70。在编码图像60中设定编码区块61，经过处理器30比对拍摄图像70，匹配到拍摄图像70中的拍摄区块71。编码区块61距投射器10的延长线的距离为xl，拍摄区块71距相机20的延长线的距离为xr，xl与xr的差为编码区块61与拍摄区块71的视差δ。根据相似三角形原理，处理器30计算对象的深度d的公式如下：

d＝(b×f)/δ

请参阅图4，本发明提供一种感测方法，包括如下步骤：

s401：设定检测区块90；

s402：生成不同编码的结构光；

s403：向对象400连续投射不同编码的结构光，形成多个编码图像60；

s404：获取经对象400反射的不同编码的结构光，形成多个拍摄图像70；

s405：按投射次序分别将多个编码图像60生成编码图像组及对应的多个拍摄图像70生成拍摄图像组；

s406：根据检测区块90的尺寸分别在多个编码图像60内提取同一位置的编码区块61；

s407：按编码图像组的次序将多个编码区块61生成编码区块组；

s408：根据检测区块90的尺寸分别在多个拍摄图像70内提取同一位置的拍摄区块71；

s409：按拍摄图像组的次序将多个拍摄区块71生成拍摄区块组；

s410：匹配编码区块组与拍摄区块组；

s411：计算匹配完成的编码区块组与拍摄区块组的视差；

s412：根据视差计算对象400的深度。

匹配编码区块组与拍摄区块组时，若编码区块组与拍摄区块组的图像按次序均一致，则匹配成功。

请参阅图5a、图5b、图5c和图6，为本发明提供一种感测方法的第一实施例，将检测区块90的边长设为相邻光源点111的间距，则根据检测区块90分别在编码图像60和拍摄图像70内提取编码区块61和拍摄区块71时，编码区块61和拍摄区块71内分别有且只包含一个光源点111的图像。光源点111的点亮状态包括亮与不亮两种，图5b和图5c中空白为点亮，填充为不亮。在本实施例中，光源点111的数量为7个，分别为第一光源点111a、第二光源点111b、第三光源点111c、第四光源点111d、第五光源点111e、第六光源点111f和第七光源点111g。处理器30控制多点光源11点亮三次，并且控制7个光源点111的连续三次的点亮状态均各不相同，包括如下步骤：

s501：处理器30控制投射器10第一次向对象400投射结构光，分别为第一光源点111a、第二光源点111b、第三光源点111c和第四光源点111d点亮，第五光源点111e、第六光源点111f和第七光源点111g不亮。

s502：处理器30控制相机20第一次拍摄。

s503：处理器30控制投射器10第二次向对象400投射结构光，分别为第一光源点111a、第二光源点111b、第五光源点111e和第六光源点111f点亮，第三光源点111c、第四光源点111d和第七光源点111g不亮。

s504：处理器30控制相机20第二次拍摄。

s505：处理器30控制投射器10第三次向对象400投射结构光，分别为第一光源点111a、第三光源点111c、第五光源点111e和第七光源点111g点亮，第二光源点111b、第四光源点111d和第六光源点111f不亮。

s506：处理器30控制相机20第三次拍摄。

s507：处理器30匹配编码图像组与拍摄图像组。

s508：处理器30计算视差δ，并根据视差δ计算对象400的深度d。

在本实施例中，光源点111的数量为7个，但不限于此，光源点111的数量可以为m(m不小于2)个，且最少投射次数n与m的关系为2^n-1≤m≤2ⁿ，且多点光源11的n次点亮方式分别为每间隔2⁰个光源点111点亮2⁰个、每间隔2¹个光源点111点亮2¹个到每间隔2^n-1个光源点111点亮2^n-1个。

请参阅图7a、图7b和图8，为本发明提供感测方法的第二实施例，多点光源11设有分成两行的64个光源点111，每行包括32个等间距排列的光源点111。控制据检测区块90分别在编码图像60和拍摄图像70内提取编码区块61和拍摄区块71时，编码区块61和拍摄区块71内分别包含四个光源点111的图像，则编码区块61和拍摄区块71内所包含的光源点111的点亮状态有2⁴＝16种。处理器30控制多点光源11点亮两次，包括如下步骤：

s701：处理器30控制投射器10第一次向对象400投射结构光，且64个光源点111的点亮状态分别为不同的16种。

s702：处理器30控制相机20第一次拍摄。

s703：处理器30控制投射器10第二次向对象400投射结构光，64个光源点111的点亮状态则为其中一行的光源点111每间隔一个点亮一个。

s704：处理器30控制相机20第二次拍摄。

s705：处理器30匹配编码图像组与拍摄图像组。

s706：处理器30计算视差δ，并根据视差δ计算对象400的深度d。

在本实施例中，多点光源11设有分成两行的64个光源点111，每行包括32个等间距排列的光源点111，但不限于此，在其他实施例中，多点光源可以设有少于64个光源点111，只要能够控制步骤s701中多个编码区块61内所包含的光源点111的点亮状态各不相同即可。

设置步骤s703的作用为避免步骤s701中连续的六个光源点111的点亮状态中，前四个光源点111的点亮状态可能会出现和后四个光源点111的点亮状态相同的情况。在本实施例中，步骤s703令64个光源点111的点亮状态则为其中一行的光源点111每间隔一个点亮一个，但不限于此，在其他实施例中，光源点111的点亮状态可以有其他方式，只要能够在任意连续的六个光源点111中前四个光源点111与后四个光源点111不同即可。

相较于现有技术，本发明通过处理器30控制多点光源11向对象连续投射多次不同编码的结构光形成多个编码图像，并控制相机20拍摄每次由对象反射的结构光形成多个拍摄图像，并根据存储器40内的参数信息、距离信息计算对象400的深度，使用等间距排列的光源点111的多点光源11，缩小了检测区块90的面积，从而提高了感测精度。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。