拍摄设备和方法、三维测量系统、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，特别涉及拍摄设备和方法、三维测量系统、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。
[0004]目前，有一种基于结构光检测的三维测量方法能够实时地对物体表面进行三维测量。
[0005]基于结构光检测的三维测量方法是一种能够对运动物体表面进行实时三维检测的方法。简单地说，该测量方法首先向自然体表面投射带有编码信息的二维激光纹理图案，例如离散化的散斑图，由另一位置相对固定的图像采集装置对激光纹理进行连续采集，处理单元将采集的激光纹理图案与预先存储在存储器内的已知纵深距离的参考面纹理图案进行比较，根据所采集到的纹理图案和已知的参考纹理图案之间的差异，计算出投射在自然体表面的各个激光纹理序列片段的纵深距离，并进一步测量得出待测物表面的三维数据。基于结构光检测的三维测量方法采用并行图像处理的方法，因此能够对运动物体进行实时检测，具有能够快速、准确进行三维测量的优点，特别适用于对实时测量要求较高的使用环境。
[0006]图1示出待测对象的一个示例的示意图。
[0007]图2示出子激光束投影到待测对象表面的离散斑点示意图。
[0008]图3示出利用现有技术计算得到的待测对象轮廓的示意图。
[0009]从图2中可以看出，由于离散的各个激光光斑间有一定距离，因此针对投射面较细窄的位置无法发射较多的光斑信息，这样就容易丢失部分真实深度信息。即使在较大的投射面，也会因为该原因而无法稳定连续描述其边缘轮廓，从而引起轮廓边缘的测量数据不稳定。
[0010]另外，在难以确定待测对象的边缘轮廓的情况下，需要对整个图像中的光斑进行深度计算，才能确定对象方位。而如果能够方便地获知轮廓，则只需要对轮廓内的光斑进行相应计算。由此可以大幅减小计算量。
[0011]因此，需要一种拍摄设备和方法、三维测量系统、深度计算方法和设备，使得能够更准确地获得待测对象的边缘轮廓。
【发明内容】
[0012]本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种拍摄设备和方法、三维测量系统、深度计算方法和设备，通过使用调制光束与均匀光的结合，在使用现场图案获得深度数据的同时，能够更准确地检测待测对象的轮廓，进而更加便于获得待测对象的空间深度信息。
[0013]根据本发明的一个方面，提供了一种用于三维测量的图像拍摄设备，包括:投射装置，用于向测量区域投射基于参考图案调制的调制光束，以在测量区域中形成现场图案；均匀光源，用于向测量区域投射基本上均匀的均匀光；以及成像装置，用于对测量区域进行拍摄以形成图像，均匀光的强度与调制光束的强度被配置为使得能够从图像中识别出现场图案。
[0014]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调制光束；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。
[0015]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调制光束；并且均匀光源包括发光二极管阵列，用于产生均匀光。
[0016]优选地，调制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，成像装置具有带通滤光片，不可见光能够透过带通滤光片。
[0017]根据本发明的另一方面，还提供了一种三维测量系统，包括:前述的图像拍摄设备；以及处理器，用于基于成像装置拍摄的图像和参考图案，计算待测对象上的现场图案的点的深度数据，深度数据表示待测对象上的现场图案的点相对于成像装置的距离。
[0018]优选地，均匀光使得在图像中，待测对象与背景之间具有亮度差；处理器根据亮度差来确定待测对象的轮廓。
[0019]根据本发明的又一方面，还提供了一种用于三维测量的图像拍摄方法，包括:向测量区域投射基于参考图案调制的调制光束，以在测量区域中形成现场图案；向测量区域投射基本上均匀的均匀光；以及使用成像装置对测量区域进行拍摄以形成图像，均匀光的强度与调制光束的强度被配置为使得能够从图像中识别出现场图案。
[0020]优选地，调制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，成像装置具有带通滤光片，不可见光能够透过带通滤光片。
[0021]根据本发明的再一方面，还提供了一种基于前述的用于三维测量的图像拍摄方法拍摄的图像来计算待测对象的深度数据的方法，均匀光使得在图像中，待测对象与背景之间具有亮度差，该方法包括:根据亮度差来确定待测对象的轮廓；基于轮廓内的现场图案和参考图案，计算待测对象上的现场图案的点的深度数据，深度数据表示待测对象上的现场图案的点相对于成像装置的距离。
[0022]根据本发明的再一方面，还提供了一种基于前述的用于三维测量的图像拍摄方法拍摄的图像来计算待测对象的深度数据的设备，均匀光使得在图像中，待测对象与背景之间具有亮度差，该设备包括:轮廓确定装置，用于根据亮度差来确定待测对象的轮廓；深度数据计算装置，用于基于轮廓内的现场图案和参考图案，计算待测对象上的现场图案的点的深度数据，深度数据表示待测对象上的现场图案的点相对于成像装置的距离。
[0023]通过使用本发明的拍摄设备和方法、三维测量系统、深度计算方法和设备，通过向待测对象投射基本上均匀的均匀光增大待测对象与背景之间的亮度差来识别待测对象的轮廓，进而可以准确地测量待测对象的景深信息。
【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示出待测对象的一个示例的示意图。
[0026]图2示出子激光束投影到待测对象表面的离散斑点示意图。
[0027]图3示出利用现有技术计算得到的待测对象轮廓的示意图。
[0028]图4示出根据本发明的用于三维测量的图像拍摄设备的示意性方框图。
[0029]图5示出根据本发明的投射装置的一个示例的结构示意图。
[0030]图6示出根据本发明的均匀光源的一个示例的示意图。
[0031]图7示出根据本发明的均匀光源的另一示例的示意图。
[0032]图8示出了根据本发明的三维测量系统的示意性方框图。
[0033]图9示出根据本发明的用于三维测量的图像拍摄方法的流程图。
[0034]图10示出基于前述的拍摄的图像来计算待测对象的深度数据的方法的流程图。
[0035]图11示出基于前述方法拍摄的图像来计算待测对象的深度数据的设备的示意性方框图。
[0036]图12示出利用均匀光源照射后的待测对象图像的示意图。
[0037]图13示出利用均匀光源计算得到的待测对象轮廓的示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0039]本发明的下述实施例将均匀光源投射到待测对象上，增加了待测对象表面的亮度梯度，同时均匀光源产生的阴影也增强了待测对象轮廓的对比度，进而可以获得更加准确的待测对象轮廓数据。
[0040]图4示出根据本发明的用于三维测量的图像拍摄设备的示意性方框图。
[0041]如图4所示，该实施例中的用于三维测量的图像拍摄设备4可以包括投射装置40、均匀光源41和成像装置42。
[0042]投射装置40，用于向测量区域投射基于参考图案调制的调制光束，以在测量区域中形成现场图案。
[0043]均匀光源41，用于向测量区域投射基本上均匀的均匀光。
[0044]成像装置42，用于对测量区域进行拍摄以形成图像，均匀光的强度与调制光束的强度被配置为使得能够从图像中识别出现场图案。
[0045]其中，在参考图案和测量区域中形成的现场图案可以是但不限于离散光斑形式。接下来以离散光斑为例进行说明。
[0046]成像装置42所采集的图像可以为静态图像，也可以为动态图像。
[0047]在