[發明專利]深度數據檢測系統及其紅外編碼投影裝置

在審

• 申請號: 201710717720.3
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107369156A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 王敏捷;梁雨時;宋濤
• 申請（專利權）人: 上海圖漾信息科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01B11/22
• 代理公司: 北京展翼知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11452
• 代理人: 張陽

技術領域

本發明涉及三維檢測技術領域，尤其涉及用于深度數據檢測系統及其紅外編碼投影裝置。

背景技術

近年來，三維成像技術得到蓬勃發展。目前，一種基于結構光的雙目檢測方案能夠實時地對物體表面進行三維測量。簡單地說，該方案首先向自然體表面投射帶有編碼信息的二維激光紋理圖案，例如離散化的散斑圖，由位置相對固定的兩個圖像采集裝置對激光紋理進行連續采集，處理單元使用采樣窗口對兩個圖像采集裝置同時采集的兩幅圖像進行采樣，確定采樣窗口內匹配的激光紋理圖案，根據匹配的紋理圖案之間的差異，計算出投射在自然體表面的各個激光紋理序列片段的縱深距離，并進一步測量得出待測物表面的三維數據。

在匹配處理中，采樣窗口越大，單次采樣中包含的圖案信息量也越大，因此也越容易進行匹配，但會導致得到的深度圖像顆粒度越大。相應地，采樣窗口越小，圖像的顆粒度越精細，但誤匹配率也越大。

隨著消費級三維相機時代的到來，如何以更低成本、更高精度以及更小體積實現三維信息，尤其是深度信息的精確獲取，成為業內所面臨的問題。

發明內容

為了解決上述至少一個問題，本發明提出了一種深度數據檢測系統及其紅外編碼投影裝置。紅外編碼投影裝置通過引入驅動結構來實現紅外紋理投射角度的變化，深度數據檢測系統可以融合不同投射角度下獲取的圖像信息，從而在確保匹配置信度的同時，以更小的采樣窗口實現雙目圖像的精細匹配，由此實現更為精細的深度圖像檢測。

根據本發明的一個方面，提出了一種紅外編碼投影裝置，包括：激光發生器，用于發射紅外激光；布置在所述激光的出射光路上的衍射光學元件，用于生成帶紋理的紅外光束；用于固定所述激光發生器和所述衍射光學元件的固定結構；以及連接至所述固定結構的驅動裝置，用于改變所述紅外光束的出射方向。

由此，通過驅動裝置的簡單附加，就能夠實現紅外光束的多方向出射，由此為后續的數據融合處理提供可能。

優選地，驅動裝置可以是音圈(VCM)馬達、微機械(MEMS)馬達、或是微型步進驅動(SMD)馬達，用以使得所述激光發生器和所述衍射光學元件沿著所述驅動裝置的驅動軸擺動，或是根據所述驅動裝置的驅動齒輪撥動，或是以其他恰當的方式運動。由此在保持裝置小型化的同時，確保驅動的精度。

優選地，固定結構可以是包圍所述激光發生器的至少部分并使得所述紅外光束能夠出射的殼體，驅動馬達則可以相應地包括圍繞所述殼體的線圈以及布置的所述線圈兩側的磁體，從而以更為緊湊的形式實現對出射角度的精準控制。上述結構可以一并包括在留有使得所述紅外光束能夠出射的開口的外殼內，以方便實現帶角度改變功能的投影裝置的一體化。

激光發生器可以是激光二極管，相應地，衍射光學元件可以具有通過光學微加工技術構成的表面微結構，用于使得入射激光發生衍射并使其被調制成具有特定投射規則的離散光斑。作為替換，激光發生器可以是用于發射多點激光陣列的垂直腔面發射激光器(VCSEL)，而衍射光學元件具有復制入射的所述多點激光陣列以得到周期性離散光斑的表面結構。

根據本發明的另一個方面，公開了一種深度數據檢測系統，包括：如上任一項所述的紅外編碼投影裝置，具有多種工作模式，在每一種工作模式下以所述驅動裝置驅動不同的投射角度向被測空間投射帶有紋理的紅外光束，以在被測空間中的待檢測物體上形成隨機分布的紅外紋理；位于所述紅外編碼投影裝置兩側的兩個紅外光圖像傳感器，所述兩個紅外光圖像傳感器之間具有預定相對空間位置關系，對于每一種工作模式，所述兩個紅外光圖像傳感器分別對所述被測空間成像，從而形成兩個紅外紋理圖像；處理器，用于獲取不同工作模式下使用所述兩個紅外光圖像傳感器得到的兩個紅外紋理圖像，根據所述兩個紅外光圖像傳感器之間的預定相對空間位置關系、基于所述紅外紋理中同一個紋理片段在所述兩個紅外紋理圖像中相對應地形成的紋理片段圖像的位置差異，確定各個工作模式下所述紅外紋理相對于所述兩個紅外光圖像傳感器的深度數據，將多種工作模式下確定的深度數據融合，得到新的深度數據，作為待檢測物體的最終深度數據。

由此，多種工作模式下確定的待檢測物體上的紅外紋理的深度數據包括了待檢測物體上較多位置的深度信息，因此，將融合多種工作模式下所確定的深度數據后得到的新的深度數據作為待檢測物體的深度數據，可以更加準確地反映待檢測物體的深度信息。

優選地，該系統還可以包括：控制器，分別與紅外編碼投影裝置和兩個紅外光圖像傳感器連接，用于控制兩個紅外光圖像傳感器同步拍攝，并在兩個紅外光圖像傳感器每一幀曝光結束后，將紅外編碼投影裝置切換到下一工作模式。