[發明專利]結構光深度相機參數設計方法及系統

有效

• 申請號: 202110458971.0
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113189603B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 熊斌;郭振民
• 申請（專利權）人: 南昌虛擬現實研究院股份有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/481
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

本發明公開了一種結構光深度相機參數設計方法及系統，所述方法包括：根據結構光深度相機的工作范圍和視場角確定對焦平面與光軸的夾角；確定所述結構光深度相機的安裝位置，以及傾角和透鏡焦距之間的關系，所述結構光深度相機中的圖像傳感器與鏡頭呈所述傾角進行安裝，且安裝后的光學參數符合沙姆定律；根據該工作范圍確定所述結構光深度相機的景深，從而確定所述結構光深度相機的光圈大小與像素尺寸之間的關系。本發明能夠使得結構光深度相機的深度測量精度的非線性特征得到改善，改善了近距離的測量精度過剩、遠距離的測量精度太低的問題。

技術領域

本發明涉及相機技術領域，特別是涉及一種結構光深度相機參數設計方法及系統。

背景技術

結構光深度相機通過向目標空間投影結構光圖像，并采集由物體反射回的結構光圖像進一步計算出深度圖像，基于該深度圖像可以實現3D建模、人臉識別、手勢交互等功能，同時結構光深度相機由于具備分辨率高、精度高、功耗低等優點，因此被廣泛應用在手機、電腦、機器人、AR/VR等智能設備上。

現有技術中，散斑結構光深度相機都是采用三角測距原理實現深度測量的，而三角測距原理決定了深度測量精度存在非線性的問題，即物體越近，精度越高；物體越遠，精度越低，而通常情況下，拍攝近距離物體時，并不需要這么高的測量精度，而拍攝遠距離物體時，由于非線性的問題，測量精度較低，影響拍攝效果。

散斑結構光深度相機的工作原理如圖1，投射器投射出具有隨機性的散斑圖案，可以認為每一束光都攜帶可以被唯一識別的散斑。相機存儲了已知距離上的標定平面的圖像，即對于圖1中的光束，其在標定圖像中的像素位置為a，在工作時，該光束投射到物體上，并在像素位置b成像。三角測距原理描述了像素偏移距離ab和物體到標定平面距離L之間的關系：

其中，d為物體與鏡頭間的距離，L為標定平面與深度相機的距離，f為深度相機的焦距，r為投射器與圖像傳感器的距離，x為像素偏移距離，x是通過重建算法計算出來的，它的精度主要是由投射器、光學器件、圖像傳感器物理特性(比如像素大小,分辨率等等)和算法共同決定的。

將上式變形，可以看出，隨著物體與鏡頭間的距離d的增大，x非線性減?。?/p>

請參閱圖2，當像素偏移距離x精度為dx時，該精度造成的深度測量精度在距離較近時，深度測量精度d₁較小；在距離較遠時，深度測量精度d₂較大，在近處的深度測量精度可以表示為d₁/dx，在遠處的深度測量精度可以表示為d₂/dx，而d₁/dx＜d₂/dx，因此在近處可以分辨更小的深度值變化，造成了測量精度對測量距離的非線性問題。

發明內容

為此，本發明的一個目的在于提出一種結構光深度相機參數設計方法，以改善現有技術中深度測量精度存在的非線性的問題。

本發明提供一種結構光深度相機參數設計方法，所述方法包括：

根據結構光深度相機的工作范圍和視場角確定對焦平面與光軸的夾角；

確定所述結構光深度相機的安裝位置，以及傾角和透鏡焦距之間的關系，所述結構光深度相機中的圖像傳感器與鏡頭呈所述傾角進行安裝，且安裝后的光學參數符合沙姆定律；

根據該工作范圍確定所述結構光深度相機的景深，從而確定所述結構光深度相機的光圈大小與像素尺寸之間的關系。

根據本發明提供的結構光深度相機參數設計方法，利用scheimflug(簡稱沙姆)原理，將圖像傳感器與鏡頭呈一定的傾角安裝，且光學參數符合沙姆定律，可以降低近距離的測量精度，而提高遠距離的測量精度，從而使得結構光深度相機的深度測量精度的非線性特征得到改善，改善了近距離的測量精度過剩、遠距離的測量精度太低的問題。