深度数据监控装置的制作方法

本实用新型涉及监控安防领域，更具体而言，涉及一种能够获取监控空间的深度数据的装置。

背景技术：

随着社会的发展，各种安防监控设备已广泛应用于银行、写字楼、街道、机场等多种公共场所。现有的安防监控设备一般采用输出模拟或数字图像信号的传感器对监控区域进行连续拍摄，以获得关于监控区域的视频数据，达到对监控区域进行监控的目的。

但是，一方面，基于现有的安防监控设备只能获得监控区域的二维图像信息，无法获得监控区域中目标物体的真实三维信息，另一方面，在功率一定的情况下，监控设备中的照明系统向较远处的监控空间投射的光的强度较弱，使得监控设备所能监控的距离有限，而提高照明系统的功率又会造成能源的浪费，并增加成本。

因此，需要一种在不显著增加功耗的前提下能够监控较远处的监控区域的三维信息的深度数据监控装置。

技术实现要素：

针对背景技术中提到的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够在不显著增加功耗的前提下监控较远处的监控区域的三维信息的监控装置。

实现上述目的，本实用新型提供了一种深度数据监控装置，该装置包括：红外编码投影系统，具有预定的工作周期，并且在每个工作周期内以多种工作模式工作，每个工作模式的工作时期不同，在不同的工作模式下，红外编码投影系统向监控空间内不同的投射区域投射带有红外纹理的红外光束；红外光图像传感器，红外光图像传感器用于以预定的帧周期对监控空间成像，以形成包含纹理信息的红外纹理图像，工作周期的长度与帧周期的长度相同；控制器，分别与红外编码投影系统和红外光图像传感器连接，用于切换红外编码投影系统的工作模式并控制每个工作模式的工作时期，使得红外编码投影系统的不同工作模式的投射区域分别对应于红外光图像传感器的不同像素区域，并且红外编码投影系统的每个工作模式的工作时期与红外光图像传感器的对应于该工作模式的像素区域的曝光期至少部分重叠，使得红外光图像传感器的各个像素区域能够对其所对应的工作模式下投射的红外光束的反射光成像。

优选地，在每个帧周期内，红外光图像传感器的所有像素区域具有相同的曝光期，并在曝光期内同步曝光，红外编码投影系统在曝光期内遍历多种工作模式。

优选地，控制器可以包括触发信号发生装置，用于向红外光图像传感器发送触发信号，以触发红外光图像传感器对其一行像素的复位操作，红外光图像传感器响应于触发信号，对其像素逐行依次执行复位操作，每一行像素的相邻两次复位操作之间的时间差为帧周期，每一行像素在复位操作之后开始曝光，并且在经过相同的有效曝光时间后对该行像素进行数据读取操作，红外编码投影系统的每个工作模式的投射区域分别对应于红外光图像传感器的若干行像素，每个工作模式的工作时期包括该工作模式对应的若干行像素中每一行像素的有效曝光期，并且在帧周期内除有效曝光期之外的时期内至少部分时间停止该工作模式。

优选地，红外编码投影系统包括多个红外编码投影装置，在不同的工作模式下，由不同的红外编码投影装置投射所述红外光束。

优选地，该装置还可以包括：存储器，用于存储红外编码投影系统在不同工作模式下所投射的红外纹理在多个已知纵深距离的参考面纹理。

优选地，该装置中的红外编码投影系统可以包括：红外光发生器，用于产生红外光；光学装置，用于将红外光发生器产生的红外光变成带有纹理的红外光束。

优选地，该装置还可以包括：可见光成像装置，用于对监控空间成像，可见光成像装置所成的像是包含监控空间的色彩信息的图像。

优选地，该装置还可以包括：红外光过滤装置，设置在可见光成像装置的前端，用于滤除红外光。

优选地，红外光过滤装置被配置为滤除波长在780nm-1100nm之间的红外光。

本实用新型的有益技术效果在于，本实用新型所提出的深度数据监控装置采用分布式投射的方式向监控空间的不同区域投射带有纹理信息的红外光束，使得装置能够监控更远处的空间，并且基于本实用新型的深度数据监控装置能够获取包含监控空间的深度数据的红外纹理图像，通过对该图像进行分析，就可以获取监控空间的深度数据。

附图说明

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。

图1示出了本实用新型一实施例的深度数据监控装置的示意性方框图。

图2示出了本实用新型另一实施例的深度数据监控装置的示意性方框图。

图3示出了本实用新型一实施例的成像装置的若干行像素的成像过程的示意性原理图。

图4示出了本实用新型另一实施例的深度数据监控装置的示意性方框图。

图5示出了本实用新型一实施例的红外编码投影系统的组成示意图。

图6示出了本实用新型一实施例的红外编码投影系统向监控空间投射带有纹理的红外光束的投射结果示意图。

具体实施方式

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。

图1是根据本实用新型一实施例的深度数据监控装置的示意性方框图。

如图1所示，本实用新型的深度数据监控装置包括红外编码投影系统1、红外光图像传感器2、以及控制器3。

红外编码投影系统1用于向监控空间投射经过编码后的带有纹理的红外光束，其中，红外编码投影系统1所投射的红外光束所携带的纹理可以是随机散斑纹理，也可以是采用De ruijn(德布鲁因)序列的条纹编码纹理，当然还可以是其它形状的纹理。红外编码投影系统1所投射的带有纹理的红外光束可以在监控空间内形成具有一定分布的纹理图案。

红外编码投影系统1具有预定的工作周期，并且在每个工作周期内以多种工作模式工作，每个工作模式的工作时期不同，在不同的工作模式下，红外编码投影系统1向监控空间内不同的投射区域投射带有纹理的红外光束。

其中，不同工作模式的工作时期可以重叠，即可以在一个时刻存在多个工作模式，另外，红外编码投影系统1在不同工作模式下所投射的区域也可以具有重叠区域，进一步地，红外编码投影系统1在不同工作模式下所投射的红外光束所携带的纹理信息可以相同，也可以不同。

这样，在红外编码投影系统1的工作功率一定的情况下，采用向监控空间分布投射带有纹理的红外光束的方式，可以使得所投射的红外光束亮度更高，所能投射的最大距离更远。

红外光图像传感器2用于以预定的帧周期对监控空间成像，以形成包含纹理信息的红外纹理图像，其中，红外编码投影系统1的工作周期的长度与红外光图像传感器2的帧周期的长度相同，使得红外光图像传感器2可以对处在红外编码投影系统1的每个工作周期下的监控空间成像。

控制器3分别与红外编码投影系统1和红外光图像传感器2连接，用于切换红外编码投影系统1的工作模式，以使得红外编码投影系统1的不同工作模式的投射区域分别对应于红外光图像传感器2的不同像素区域，并且红外编码投影系统1的每个工作模式的工作时期与红外光图像传感器2的对应于该工作模式的像素区域的曝光期至少部分重叠，使得红外光图像传感器2的各个像素区域能够对其所对应的工作模式下投射的红外光束的反射光成像。

其中，根据所采用的红外光图像传感器2的结构不同，红外编码投影系统1每个工作周期内的工作模式也不尽相同。具体而言，在红外光图像传感器2使用全局曝光时(即在每个帧周期内，两个红外光图像传感器的所有像素区域具有相同的曝光期，并在曝光期内同步曝光)，红外编码投影系统1在曝光期内遍历多种工作模式。这样，红外光图像传感器对监控空间拍摄形成的每帧图像是包含了纹理信息的红外纹理图像，基于红外纹理图像中的纹理片段的相关信息，就可以确定监控空间的深度信息。

另外，红外光图像传感器2还可以采用卷帘式传感器，其可以按照触发(trigger)模式工作。如图2所示，此时控制器4还可以包括触发信号生装置5。在触发模式下，触发信号发生装置5向红外光图像传感器2发送触发信号，以触发红外光图像传感器2对其一行像素的复位操作。触发模式下，红外光图像传感器2的若干行像素的成像过程可以如图3所示，在触发信号发生装置5的触发信号作用下，红外光图像传感器2的像素逐行依次执行复位操作，每一行像素的相邻两次复位操作之间的时间差为帧周期(图中t1到t5)，每一行像素在复位操作之后开始曝光(t2到t3，t4到t5)，并且经过有效的曝光时间(有效曝光时间对应于图中的t2到t3)后对该行像素进行数据读取操作(t3到t4)，如图3所示，在数据读取操作完成之后，还可以继续进行曝光(t4到t5)，但是由于读取操作已经完成，所以此后的曝光到下一次复位之间的曝光期间属于无效曝光时间(无效曝光时间对应于图中的t4到t5)。在红外光图像传感器2采用图3所示的曝光过程的图像传感器时，红外编码投影系统1的每个工作模式的投射区域分别对应于红外光图像传感器的若干行像素，其中，按预定时间顺序启动的不同工作模式的投射区域由上到下分布(可以具有重叠部分)，每个工作模式的工作时期包括该工作模式对应的若干行像素中每一行像素的有效曝光期，并且在帧周期内除有效曝光期之外的时期内至少部分时间停止该工作模式。

其中，应该知道，上面所描述的成像装置2的两种工作模式中仅是本实用新型的一种优选，就本发明而言，成像装置2还可以有其它工作模式，此处不再赘述。

至此已详细描述了本实用新型的深度数据监控装置的基本结构及工作过程，由上述描述可知，本实用新型的深度数据监控装置中的红外编码投影系统采用分布式投射的方式向监控空间的不同区域投射带有纹理信息的红外光束，使得深度数据监控装置中的成像装置通过对监控空间成像，可以获得带有纹理信息的红外纹理图像，通过对得到的红外纹理图像分析，即可得到监控空间的深度数据。

具体来说，对于使用红外光图像传感器对监控空间进行拍摄得到的红外纹理图像，可以将得到的红外纹理图像与红外编码投影系统1在不同工作模式下所投射的红外纹理在多个已知纵深距离的参考面纹理进行比较，确定红外纹理图像中每一个纹理片段的深度数据，从而确定监控空间的深度数据。

因此，为了便于后期处理，确定监控空间的深度数据，如图4所示，本实用新型实施例的深度数据监控装置还可以包括存储器4，存储器4用于存储红外编码投影系统1在不同工作模式下所投射的红外纹理在多个已知纵深距离的参考面纹理。

另外，本实用新型的深度数据监控装置中的红外编码投影系统1的功能可以由一个红外编码投影装置完成，也可以由多个红外编码投影装置完成。下面就红外编码投影系统1包括多个红外编码投影装置的情况进行进一步说明，对于红外编码投影系统由一个红外编码投影装置完成时的情况不再详述。

如图5所示，红外编码投影系统1包括多个红外编码投影装置(1-1、1-2、......1-N)，通过控制器3可以控制多个红外编码投影装置以预定的顺序投入工作，此时，上文所说的多种工作模式分别对应于多个红外编码投影装置，使得在不同的工作模式下，由不同的红外编码投影装置向监控空间内的不同区域投射红外光束。这样，当红外光图像传感器2的成像过程如图3所示时，每个红外编码投影装置的投射区域对应于红外光图像传感器的若干行像素，这样，当一个帧周期内某个红外编码投影装置所对应的若干行像素的有效曝光期结束后，该红外编码投影装置就可以停止工作，等待下一个帧周期内其所对应的若干行像素的有效曝光期开始时，启动工作。

以红外编码投影系统1包括上下两个红外编码投影装置来说，上红外编码投影装置用于向监控空间的上半部分投射带有纹理信息的红外光束(参见图6中的A部分)，下红外编码投影装置用于向监控空间的下半部分投射带有纹理信息的红外光束(参见图6中的B部分)。其中，上红外编码投影装置的投射区域和下红外编码投影装置的投射区域可以有重叠部分。这样，每个红外编码投影装置只需要向监控空间的一部分区域投射红外光束，就可以使得成像装置采集监控空间的包含了深度数据的红外纹理图像。

综上，在不影响获取监控空间的包含深度数据的红外纹理图像的前提下，采用多个红外编码投影装置向监控空间的不同投射区域投射的方案与采用单个红外编码投影装置向整个监控空间投射的方案相比，在红外编码投影装置的工作功率相同的情况下，采用分布式投射方案中的红外编码投影装置可以投射更远的红外光束，且红外光束投射到监控空间的照明强度较强。另外，对于采用多个红外编码投影装置的方案来说，在一个工作周期内，每个红外编码投影装置只需要工作一部分时间，即每个红外编码投影装置在每个工作周期内都有一定的断电时间，这样，可以避免因长时间工作引起的器件发热对红外光编码投影装置造成的老化等损害，使得每个红外光发生器可以尽可能达到其使用寿命。

进一步地，红外编码投影装置可以由红外光发生器和光学系统组成。红外光发生器可以产生红外光，光学系统可以将红外光发生器产生的红外光进行处理，将其变成带有纹理的红外光束。其中，根据实际需要，光学系统可以有多种结构。当光学系统采用不同的结构时，红外光发生器发出的红外光经过光学系统后，可以变成带有不同纹理的红外光束。例如，光学系统可以由光学分束器和光学扩散片组成，红外光发生器发出的单束红外激光经过光学分束器后，可以变成多束红外激光，然后多束红外激光入射到光学扩散片后就可以产生多个条状光束或多个离散光斑(纹理片段的具体的结构与光学扩散片的光学性质有关)。再例如，光学系统也可以采用诸如全息式微透镜阵列、光学掩膜或者其它类型的光栅，由此，可以产生带有其它不同纹理的红外光束。

在实际应用中，除了监控空间的三维信息，我们还需要采集监控空间的彩色图像信息，以便在需要的时候调取录像视频供用户参考和检索。因此，对于上述各个实施例中的深度数据监控装置来说，装置还可以包括可见光成像装置。

可见光成像装置用于对监控空间成像，可见光成像装置所成的像是包含监控空间的色彩信息的图像，基于所确定的监控空间的深度数据及监控空间的色彩信息处理器能够融合出包含监控空间的深度数据及色彩信息的图像。

另外，可见光成像装置一般也能够检测到红外光，因此，为了避免红外编码投影系统所投射的红外光所造成的干扰，还可以在可见光成像装置的前端设置一个红外光过滤装置，用于滤除红外光，其中，红外光过滤装置优选地被配置为滤除波长在780nm-1100nm之间的红外光。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的深度数据监控装置。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。