三维测量系统、拍摄设备和方法、深度计算方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像测量与处理领域，特别涉及三维测量系统、拍摄设备和方法、深度 计算方法和设备。
【背景技术】
[0002] 三维信息，亦可称深度信息或景深信息。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。但是，实际上物体表面的空间深度信息在各种工 业、生活及娱乐应用中都至关重要，尤其是深度信息的实时获取。
[0003] 三维测量系统是一种对物体进行三维尺寸绘制的精确测量系统。目前三维测量技 术多采用激光进行辅助，例如可以通过三角测量法计算得出待测物体表面的空间深度值。 目前，下列的双目视觉识别技术能够实时地对物体表面进行三维测量。
[0004] 双目视觉识别技术直接模拟人类双眼处理景物的方式，根据三角测量的原理，采 用不同位置的两台摄像机拍摄同一景物，以一个摄像机所拍摄到的画面为主画面，通过在 另一个摄像机所拍摄到的画面上去寻找与主画面匹配的同一目标，通过计算目标在两幅图 像中的视差，即可计算得到该目标的三维空间坐标。该技术只需要经过简单的标定程序，获 得两台摄像机之间的相对空间关系，就可以建立测量物体所在的空间坐标系统。同时因为 双目测量方法通常依赖于摄像头的色彩信息，因此对于待测物的轮廓边缘信息能够很准确 地进行检测。
[0005] 由于双目视觉识别技术是以一个摄像机所拍摄到的画面为主画面，通过在另一个 摄像机所拍摄到的画面上去寻找与主画面匹配的同一特征点，通过视差计算得到深度信 息，所以当设备被置于背景单一的环境时，如纯色物体表面，由于缺少用于左右摄像机进行 图像匹配的纹理特征，所以无法正确获取表面三维信息；同时当设备被置于背景纹理自相 似的环境时，例如带有大量相同网格纹理的墙面，其网格大小相同、排列方向一致，由于各 处纹理高度相似，很难精确地进行左右视角图像匹配，从而难以准确获得系统与该背景的 距离信息。
[0006] 因此，需要一种三维测量系统、拍摄设备和方法、深度计算方法和设备，使得即使 待测物体被置于背景单一的环境或待测物体被置于背景纹理自相似的环境也能够准确地 获得待测物体的空间深度信息。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种三维测量系统、拍摄设备和方法、深 度计算方法和设备，使得能够在不受环境光以及背景的影响的情况下，准确地获得待测物 体的空间深度信息。例如，即使待测物体被置于背景单一的环境或待测物体被置于背景纹 理自相似的环境也能够准确地获得待测物体的空间深度信息。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种三维图像拍摄设备，三维图像包括彼此具有 视差的第一二维图像和第二二维图像，该设备包括：投射装置，用于向拍摄区域投射离散光 束，离散光束被调制以在拍摄区域中形成多个离散斑点，离散斑点能够被从其周围预定空 间范围内的其它离散斑点中识别出；以及第一成像单元，用于对拍摄区域进行拍摄以获得 第一二维图像；以及第二成像单元，与第一成像单元之间具有预定相对位置关系，用于对拍 摄区域进行拍摄以获得第二二维图像。
[0009] 优选地，该设备还可以包括：均匀光源，用于向拍摄区域投射基本上均匀的均匀 光，均匀光的强度与离散光束的强度被配置为使得能够从图像中识别出离散斑点，并且均 匀光使得能够从图像中识别出待测对象的轮廓。
[0010] 优选地，该设备还可以包括：激光发生器，用于产生激光；以及分束器，用于将激 光发生器产生的激光分为两束激光，其中第一束激光被引导至投射装置，第二束激光被引 导至均匀光源，投射装置通过对第一束激光进行调制来产生离散光束，并且均匀光源包括 匀光片，用于将第二束激光转变为均匀光。
[0011] 优选地，该设备还可以包括：激光发生器，用于产生激光，其中，投射装置通过对激 光进行调制来产生离散光束，并且均匀光源包括发光二极管阵列，用于产生均匀光。
[0012] 优选地，离散光束和均匀光是波长在人类肉眼不可见光波波长范围内的不可见 光，第一成像单元和第二成像单元具有带通滤光片，不可见光能够透过带通滤光片。
[0013] 优选地，离散斑点能够通过离散斑点之间的位置关系和/或离散斑点的形状，而 被从其周围预定空间范围内的其它离散斑点中识别出。
[0014] 优选地，该设备还可以包括：相对位置调整机构，用于调整第一成像单元和第二成 像单元之间的预定相对位置关系。
[0015] 根据本发明的另一方面，提供了一种三维测量系统，包括：三维图像拍摄设备；以 及处理器，用于基于三维图像以及第一成像单元和第二成像单元之间的预定相对位置关 系，计算待测对象上的多个离散斑点的深度数据，深度数据表示待测对象上的点相对于第 一成像单元和/或第二成像单元的距离。
[0016] 根据本发明的又一方面，提供了一种拍摄三维图像的方法，三维图像包括彼此具 有视差的第一二维图像和第二二维图像，该方法包括：向拍摄区域投射离散光束，离散光束 被调制以在拍摄区域中形成多个离散斑点，离散斑点能够被从其周围预定空间范围内的其 它离散斑点中识别出；使用第一成像单元对拍摄区域进行拍摄以获得第一二维图像；以及 使用第二成像单元对拍摄区域进行拍摄以获得第二二维图像，第二成像单元与第一成像单 元之间具有预定相对位置关系。
[0017] 优选地，该方法还可以包括：向拍摄区域投射基本上均匀的均匀光，均匀光的强度 与离散光束的强度被配置为使得能够从图像中识别出离散斑点，并且均匀光使得能够从图 像中识别出待测对象的轮廓。
[0018] 优选地，离散光束和均匀光是波长在人类肉眼不可见光波波长范围内的不可见 光，该方法还包括对第一成像单元和第二成像单元设置带通滤光片，不可见光能够透过带 通滤光片。
[0019] 根据本发明的再一方面，提供了一种基于前述方法拍摄的三维图像来获得待测对 象的深度数据的方法，三维图像包括彼此具有视差的第一二维图像和第二二维图像，深度 数据表示待测对象上的点相对于第一成像单元和/或第二成像单元的距离，该方法包括： 识别第一二维图像和第二二维图像中的离散斑点；确定第一二维图像的离散斑点和第二二 维图像中的离散斑点之间的对应关系；以及基于第一二维图像和第二二维图像中对应的离 散斑点在第一二维图像和第二二维图像中的位置差异，以及第二成像单元与第一成像单元 之间的预定相对位置关系，计算离散斑点的深度数据。
[0020] 优选地，在拍摄三维图像时，还向拍摄区域透射了基本上均匀的均匀光，该方法还 包括：基于第一二维图像和/或第二二维图像中区域之间的对比度差异，确定待测对象图 像区域的轮廓，其中，在识别离散斑点的步骤中，识别待测对象图像区域中的离散斑点；和 /或在确定离散斑点之间的对应关系的步骤中，确定待测对象图像区域中的离散斑点之间 的对应关系；和/或在计算离散斑点的深度数据的步骤中，计算待测对象图像区域中的离 散斑点的深度数据。
[0021] 根据本发明的再一方面，提供了一种基于前述方法拍摄的三维图像来获得待测对 象的深度数据的设备，三维图像包括彼此具有视差的第一二维图像和第二二维图像，深度 数据表示待测对象上的点相对于第一成像单元和/或第二成像单元的距离，该设备包括： 离散斑点识别装置，用于识别第一二维图像和第二二维图像中的离散斑点；对应关系确定 装置，用于确定第一二维图像的离散斑点和第二二维图像中的离散斑点之间的对应关系； 以及深度数据计算装置，用于基于第一二维图像和第二二维图像中对应的离散斑点在第 一二维图像和第二二维图像中的位置差异，以及第二成像单元与第一成像单元之间的预定 相对位置关系，计算离散斑点的深度数据。
[0022] 优选地，在拍摄三维图像时，还向拍摄区域透射了基本上均匀的均匀光，该设备还 可以包括：轮廓确定装置，用于基于第一二维图像和/或第二二维图像中区域之间的对比 度差异，确定待测对象所在图像区域的轮廓，其中，离散斑点识别装置识别待测对象图像区 域中的离散斑点；和/或对应关系确定装置确定待测对象图像区域中的离散斑点之间的对 应关系；和/或深度数据计算装置计算待测对象图像区域中的离散斑点的深度数据。
[0023] 通过使用本发明的三维测量系统、拍摄设备和方法、深度计算方法和设备，利用在 拍摄区域中形成的多个离散斑点以及两个成像单元之间的相对位置关系，使得即使待测物 体被置于背景单一的环境或待测物体被置于背景纹理自相似的环境也能够准确地获得待 测物体的空间深度信息，进而提高了对待测物体轮廓边缘检测的准确性。
【附图说明】
[0024] 通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其 它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号 通常代表相同部件。
[0025] 图1示出了根据本发明的三维图像拍摄设备的示意性方框图。
[0026] 图2示出根据本发明的投射装置的一个示例的结构示意图。
[0027] 图3示出子激光束投影到待测对象表面的离散斑点示意图。
[0028] 图4示出待测对象的